Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники»




НазваниеМетодические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники»
страница8/21
Дата11.12.2012
Размер2.3 Mb.
ТипМетодические указания
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   21
PCI Express

Слоты PCI Express x4, x16, x1, опять x16, внизу стандартный 32-разрядный слот PCI, на материнской плате DFI LanParty nForce4 SLI-DR

PCI Express или PCIe или PCI-E, (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X или PXI) — компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

    • горячая замена карт;

    • гарантированная полоса пропускания (QoS);

    • управление энергопотреблением;

    • контроль целостности передаваемых данных.

Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так, как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X, ожидается, что PCI Express заменит эти шины в персональных компьютерах.
Графическая карта для PCI Express

Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое lane; это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной однонаправленной шине.

Соединение между двумя устройствами PCI Express называется link, и состоит из одного (называемого 1x) или нескольких (2x, 4x, 8x, 12x, 16x и 32x) двунаправленных последовательных соединений lane. Каждое устройство должно поддерживать соединение 1x.
Hyper-Transport

Шина HyperTransport (HT), ранее известная как Lightning Data Transport (LDT), — это двунаправленная последовательно/параллельная компьютерная шина, с высокой пропускной способностью и малыми задержками. Для разработки и продвижения данной шины был образован консорциум HyperTransport Technology. Технология используется компаниями AMD и Transmeta в x86 процессорах, PMC-Sierra, Broadcom и Raza Microelectronics в MIPS микропроцессорах, NVIDIA, VIA, SiS, ULi/ALi, AMD, Apple Computer и HP в наборах системной логики для ПК, HP, Sun Microsystems, IBM, и IWill в серверах, Cray, Newisys и PathScale в сверхкомпьютерах, а так же компанией Cisco Systems в маршрутизаторах.

Обзор шины

HyperTransport работает на частотах от 200 МГц до 2,6 ГГц (сравните с шиной PCI и её 33 или 66 МГц). Кроме того, она использует DDR, что означает, что данные посылаются как по переднему, так и по заднему фронтам сигнала синхронизации, что позволяет осуществлять до 5200 миллионов посылок в секунду при частоте сигнала синхронизации 2,6 ГГц; частота сигнала синхронизации настраивается автоматически.

HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины, от 2-х битных линий до 32-х битных линий. Полноразмерная, полноскоростная, 32-х битная шина в двунаправленном режиме способна обеспечить пропускную способность до 20800 МБ/с (2*(32/8)*2600), являясь, таким образом, самой быстрой шиной среди себе подобных. Шина может быть использована как в подсистемах с высокими требованиями к пропускной способности (оперативная память и ЦПУ), так и в подсистемах с низкими требованиями (переферийные устройства). Данная технология также способна обеспечить низкие задержки для других применений в других подсистемах.

Шина HyperTransport поддерживает технологии энергосбережения, а именно ACPI. Это значит, что при изменении состояния процессора (C-state) на энергосберегающее, изменяется также и состояние устройств (D-state). Например, при отключении процессора НЖМД также отключаются.

Электрический интерфейс HyperTransport/LDT — низковольтные дифференциальные сигналы (Low Voltage Differential Signaling (LVDS)), с напряжением 2,5 В.

Применение HyperTransport

Шина HyperTransport нашла широкое применение, в основном, в качестве замены шины процессора. Для примера, к процессору Pentium нельзя напрямую подключать устройства с шиной PCI, так как этот процессор использует свою специализированную шину (которая может быть различной у разных поколений процессоров). Для подключения дополнительных устройств (например с шиной PCI) в таких системах необходимы дополнительные устройства для сопряжения шины процессора с шиной периферийных устройств (мосты). Данные адаптеры обычно включают в специализированные наборы системной логики, называемые северный мост и южный мост.

Процессоры разных производителей могут использовать разные шины, а значит для них нужны разные мосты для соединения шины процессора с периферийными шинами. Компьютеры, использующие шину HyperTransport более универсальны и просты, а также более производительны. Однажды разработанный мост PCI-HyperTransport позволяет взаимодействовать любому процессору, поддерживающиму шину HyperTransport и любому устройству шины PCI. Для примера, NVIDIA nForce чипсет использует шину HyperTransport для соединения между северным и южным мостами.

RapidIO — это высокопроизводительная пакетная шина для соединения микросхем в рамках одной печатной платы, а также для соединения между собой нескольких печатных плат. Данная шина была разработана для применения во встраиваемых системах.

Основными конкурентами шины RapidIO являются шины HyperTransport, Infiniband и PCI Express, которые, однако, предназначены для решения других задач.

Шина RapidIO разработана компаниями Mercury Computer Systems и Motorola (ныне Freescale), как развитие шины, применявшейся в многопроцессорных системах цифровой обработки сигналов компании Mercury.

Стандарт на шину RapidIO разработан организацией RapidIO Trade Association. На настоящий момент последней является версия 1.3 стандарта.

Стандарт RapidIO определяет физический (соответствует физическому и канальному уровню модели OSI), транспортный (соответствует сетевому уровню модели OSI) и логический (соответствует транспортному уровню модели OSI) уровни.

Fibre Channel — высокоскоростной интерфейс передачи данных, используемый для соединения вместе рабочих станций, мейнфреймов, суперкомпьютеров и устройств хранения данных.

Порты устройств могут быть подключены напрямую друг к другу (point-to-point), быть включены в управляемую петлю (arbitrated loop) или в коммутируемую сеть, называемую фабрикой (fabric).

Поддерживается как оптическая, так и электрическая среда, со скоростью передачи данных от 133 мегабит/с до 8 гигабит/с на расстояния до 10 километров.

В большинстве случаев используется как несущий для SCSI-3. (Может использоваться как несущий и для других протоколов — например, ATM, IP, HIPPI и других.

VMEbus (или VME) — стандарт на компьютерную шину, первоначально разработанный для семейства микропроцессоров Motorola 68000, и в дальнейшем нашедший применение для множества других приложений. Шина VME была стандартизирована IEC как ANSI/IEEE 1014-1987. VME базируется на оснастке Eurocard, но использует собственную систему сигналов, не принятую в Eurocard. Впервые разработанная в 1981, шина VME находит широкое применение вплоть до сегодняшнего дня.

Характеристики шины

Разрядность шины — 32/64

Адрес/Данные — раздельные (VME32), мульиплексируемые (VME64)

Тип шины — Асинхроная

Конструктив — Eurocard 3U, 6U, 9U

Максимальное количество модулей в крейте — 21 штука

Пропускная способность в 32 разрядном варианте — 40 Мбайт/с (VME32), 80 Мбайт/с (VME64)

В режиме блочных передач (когда на 1-у передачу адреса идёт несколько передачь данных) скорость может достигать 320 Мбайт/с (VME64).

Описание шины

Во многом шина VMEbus представляет собой внешние интерфейсы процессора 68000, доработанные для соединения нескольких печатных плат. Во многих отношениях, это является недостатком, так как принуждает создавать системы подобные тем, для которых шина применялась изначально. Однако, одной из ключевых особенностей процессора 68000 была плоская, 32-битная модель памяти и свободное деление памяти на сегменты, так, что похожесть VME на шину процессора 68000, для большинства применений не имеет значения.

Логически все устройства шины VME делятся на три типа:

  1. ведущий;

  2. ведомый;

  3. арбитр.

Ведущий — инициирует циклы на шине. Ведомый — осуществляет операции по команде ведущего. Арбитр — осуществляет контроль за занятостью шины.


Вопросы для самоконтроля:


  1. Стандарт шины PCI;

  2. ISA;

  3. EISA;

  4. VESA local bus;

  5. AGP;

  6. PCI Express;

  7. Hyper-Transport;

  8. RapidIO;

  9. VMEbus


Тема 3.3 Интерфейсы периферийных устройств IDE/ATA, SCSI


Студент должен:


иметь представление:

  • о принципах организации работы интерфейсов периферийных устройств


знать:

  • назначение и технические характеристики интерфейсов: IDE/ATA, SCSI;

  • структуру разъемов шин: IDE/ATA, SCSI


уметь:

  • подключать периферийные устройства к интерфейсам IDE/ATA, SCSI;


Интерфейсы периферийных устройств: IDE/ATA, SCSI. Назначение и технические характеристики. Структура разъемов шин.


Методические указания


Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами.

В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. В соответствии с этой классификацией можно выделить:

Интерфейс пользователя — это совокупность средств, при помощи которых пользователь общается с различными устройствами

Интерфейс командной строки: инструкции компьютеру даются путём ввода с клавиатуры текстовых строк (команд).

Графический интерфейс пользователя: программные функции представляются графическими элементами экрана.

Диалоговый интерфейс

Естественно-языковой интерфейс: пользователь «разговаривает» с программой на родном ему языке.

Физический интерфейс — способ взаимодействия физических устройств. Чаще всего речь идёт о компьютерных портах.

Сетевой интерфейс

Шлюз (телекоммуникации)

Шина (компьютер)

Интерфейсы в программировании:

Интерфейс функции

Интерфейс программирования приложений (API): набор стандартных библиотечных методов, который программист может использовать для доступа к функциональности другой программы.

ATA (англ. Advanced Technology Attachment) — интерфейс подключения накопителей (например, жёстких дисков или оптических приводов) был разработан в 1989 году. Широко применяется на платформе IBM PC. Использование интерфейса ATA подразумевается при упоминании аббревиатур IDE, UDMA и ATAPI.

Хотя официально данный стандарт всегда назывался «ATA», по маркетинговым соображениям он довольно рано получил название IDE (Integrated Drive Electronics, т. е. «Электроника, встроенная в привод»), каковое название призвано было подчеркнуть, что контроллер привода располагается в нём самом, а не в виде отдельной платы расширения, как в предшествующем стандарте ST-506 и существовавших тогда интерфейсов SCSI и ST412. Это нововведение позволило удешевить производство новых накопителей.

В стандарт АТА определен интерфейс между контроллером и накопителем, а также передаваемые по нему команды.

Поначалу этот интерфейс использовался с жёсткими дисками, но затем стандарт был расширен для работы и с другими устройствами, в основном — использующими сменные носители. К числу таких устройств относятся приводы CD-ROM и DVD-ROM, ленточные накопители, а также дискеты большой ёмкости, такие, как ZIP и магнитооптические диски (LS-120/240). Этот расширенный стандарт получил название Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), в связи с чем полное наименование стандарта выглядит как ATA/ATAPI.

Первоначальные расширения ATA для работы с приводами CD-ROM не обладали полной совместимостью, являлись фирменными. В результате, для подключения CD-ROM было необходимо устанавливать отдельную плату расширения, специфичную для конкретного производителя, например для Panasonic (существовало не менее 5 специфичных варианта ATA, предназначенных для подключения CD-ROM). Некоторые варианты звуковых карт, например Sound Blaster, оснащались именно такими портами.

Другим важным этапом в развитии ATA стал переход от PIO (Programmed input/output, Программный ввод/вывод) к DMA (Direct memory access, Прямой доступ к памяти). При использовании PIO считыванием данных с диска управлял центральный процессор компьютера (CPU), что приводило к повышенной нагрузке на процессор и замедлению работы в целом. По причине этого компьютеры, использующие интерфейс ATA, обычно выполняли операции, связанные с диском, медленнее, чем компьютеры, использующие SCSI и другие интерфейсы. Введение DMA существенно снизило затраты процессорного времени на операции с диском. В данной технологии потоком данных управляет сам накопитель, считывая даные в память или из памяти почти без участия CPU, который выдает лишь команды на выполнение того или иного действия. При этом жесткий диск выдает сигнал запроса DMARQ на операцию DMA контроллеру. Если операция DMA возможна, контроллер выдает сигнал DMACK и жесткий диск начинает выдавать данные в 1-й регистр (DATA), с которого контроллер считывает данные в память без участия процессора. Операция DMA возможна, если режим поддерживается одновременно BIOS, контроллером и операционной системой, в противном случае возможен лишь режим PIO.

В дальнейшем развитии стандарта (АТА-3) был введен дополнительный режим UltraDMA 2 (UDMA 33). Этот режим имеет временные характеристики DMA Mode 2, однако данные передаются и по переднему, и по заднему фронту сигнала DIOR/DIOW. Это вдвое увеличивает скорость передачи данных по интерфейсу. Также введена проверка на четность CRC, что повышает надежность передачи информации.

Если к одному шлейфу подключены два устройства, одно из них обычно называется ведущий (англ. master), а другое ведомый (англ. slave). Обычно ведущий показывается первым среди дисков, перечисляемых BIOS’ом компьютера или операционной системы. В старых BIOS’ах (486 и раньше) диски часто неверно обозначались буквами: «C» для ведущего диска и «D» для ведомого.

Если на шлейфе только один привод, он в большинстве случаев должен быть сконфигурирован, как ведущий. Однако, некоторые диски (в частности, производства Western Digital) имеют специальную настройку, именуемую single (т. е. «один диск на кабеле»). Также, в зависимости от аппаратного и программного обеспечения, единственный привод на кабеле может работать, даже если он сконфигурирован, как ведомый (такое часто встречается при подключении CD-ROM’а на отдельный канал).

Термины master и slave, хотя и являются широко распространёнными, не используются в текущей версии стандарта ATA. Более правильно называть ведущий и ведомый диски соответственно device 0 (устройство 0) и device 1 (устройство 1). Существует распространённый миф, что ведущий диск руководит доступом дисков к каналу. На самом деле, управление доступом дисков и очерёдностью выполнения команд осуществляют драйверы операционной системы. Если устройство 1 выполняет команду, то, до окончания её выполнения, устройство 0 не может начать выполнение своей команды, и наоборот. Поэтому не имеет оснований предположение, что одно устройство спрашивает другое, можно ли ему использовать канал. Фактически оба они являются ведомыми по отношению к драйверу ОС.

SATA (англ. Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации (как правило, с жёсткими дисками). SATA является развитием интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA). SATA/150

Первоначально стандарт SATA предусматривал работу шины на частоте 1,5 ГГц, обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 МБ/с). (20%-я потеря производительности объясняется использованием системы кодирования 8B/10B, при которой на каждые 8 бит полезной информации приходится 2 служебных бита). Пропускная способность SATA/150 незначительно выше пропускной способности шины Ultra ATA (UDMA/133). Главным преимуществом SATA перед PATA является использование последовательной шины вместо параллельной.

SATA использует 7-контактный разъём вместо 40-контактного разъёма у PATA. SATA-кабель имеет меньшую площадь, за счёт чего уменьшается сопротивление воздуху, обдувающему комплектующие компьютера; улучшается охлаждение системы.

SATA-кабель за счёт своей формы более устойчив к многократному подключению. Питающий шнур SATA так же разработан с учётом многократных подключений. Разъём питания SATA подаёт 3 напряжения питания: +12 В, +5 В и +3,3 В; однако современные устройства могут работать без напряжения +3,3 В, что даёт возможность использовать пассивный переходник со стандартного разъёма питания IDE на SATA. Ряд SATA устройств поставляется с двумя разъёмами питания: SATA и Molex.

Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства на шлейф; каждому устройству полагается отдельный кабель, что снижает задержки при одновременной работе двух устройств на одном кабеле, уменьшает возможные проблемы при сборке (проблема конфликта Slave/Master устройств для SATA отсутствует), устраняет возможность ошибок при использовании нетерминированных PATA-шлейфов.

Стандарт SATA предусматривает горячую замену устройств и функцию очереди команд (NCQ).

SCSI (англ. Small Computer Systems Interface, произносится как скази) — интерфейс, разработанный для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жёсткие диски, накопители на магнитооптических дисках, приводы CD, DVD, стриммеры, сканеры, принтеры и т. д. Раньше имел неофициальное название Shugart Computer Systems Interface в честь создателя Алана Ф. Шугарта

После стандартизации в 1986 году, SCSI начал широко применяться в компьютерах Apple Macintosh, Sun Microsystems. В компьютерах совместимых с IBM PC SCSI не пользуется такой популярностью в связи со своей сложностью и сравнительно высокой стоимостью.

В настоящее время SCSI широко применяется на серверах, высокопроизводительных рабочих станциях; RAID-массивы на серверах часто строятся на жёстких дисках со SCSI-интерфейсом (хотя в настоящее время на серверах нижнего ценового диапазона всё чаще применяются RAID-массивы на основе SATA). Стандарты

Существует три стандарта SCSI (SE — англ. single-ended, LVDангл. low-voltage-differential — интерфейс дифференциальной шины низкого напряжения, HVD — англ. high-voltage-differential — интерфейс дифференциальной шины высокого напряжения), каждый из которых имеет множество дополнительных и необязательных возможностей. Некоторые комбинации возможностей имеют собственные наименования.

Контроллер SCSI может работать с любым устройством, на котором присутствует данный интерфейс (жесткий диск, сканер).

Основные реализации SCSI (в хронологическом порядке):


Таблица 3 - Обзор интерфейсов SCSI

Наименование

Разрядность шины

Частота шины

Пропускная способность

Максимальная длина кабеля

Максимальное количество устройств

SCSI

8 бит

5 МГц

5 МБайт/сек

6 м

8

Fast SCSI

8 бит

10 МГц

10 МБайт/сек

1,5-3 м

8

Wide SCSI

16 бит

10 МГц

20 МБайт/сек

1,5-3 м

16

Ultra SCSI

8 бит

20 МГц

20 МБайт/сек

1,5-3 м

5-8

Ultra Wide SCSI

16 бит

20 МГц

40 МБайт/сек

1,5-3 м

5-8

Ultra2 SCSI

8 бит

40 МГц

40 МБайт/сек

12 м

8

Ultra2 Wide SCSI

16 бит

40 МГц

80 МБайт/сек

12 м

16

Ultra3 SCSI

16 бит

40 МГц DDR

160 МБайт/сек

12 м

16

Ultra-320 SCSI

16 бит

80 МГц DDR

320 МБайт/сек

12 м

16


Вопросы для самоконтроля:


  1. Интерфейсы периферийных устройств: IDE/ATA, SCSI.

  2. Назначение и технические характеристики.

  3. Структура разъемов шин.


1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   21

Похожие:

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» iconМетодические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Программное обеспечение компьютерных сетей»
...
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» iconМетодические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Эксплуатация и ремонт насосно-компрессорного оборудования»
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Эксплуатация и ремонт насосно-компрессорного...
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» iconМетодические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Уголовный процесс»

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» iconМетодические указания составлены в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины «Разработка и эксплуатация удаленных баз данных»
Государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 2203 «Программное обеспечение вычислительной...
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» iconМетодические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Технический анализ и контроль производства»
Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников Салаватского индустриального колледжа по специальности 240404...
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» iconОбщие методические указания по изучению дисциплины и самостоятельной работе студентов
Методические указания составлены в соответствии с примерной (рабочей) программой по дисциплине Товароведение текстильных и одежно-обувных...
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» iconМетодические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «История мировой культуры»
Методические указания предназначены для студентов-заочников, содержат программу курса, тематику контрольных работ, вопросы к зачету,...
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» iconМетодические указания составлены в соответствии с примерной программой по дисциплине «Электротехника и электроника»
Методические указания составлены в соответствии с примерной программой по дисциплине «Электротехника и электроника» по специальности...
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» iconМетодические указания по дисциплине “Электротехника и электроника” предназначены для реализации Государственных
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Электротехника и электроника» для специальности...
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» iconМетодические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Охрана труда»
Заместитель директора по учебной работе гоу спо читинского лесотехнического колледжа
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница