Interconnect bus

Interconnect bus. Итак, переходим к самому интересному.

Что же находится на сегодняшний день внутри большинства наших компьютеров? Естественно, шина PCI. Другой вопрос, почему именно эта шина. Попробуем разобраться. Итак, разработка шины PCI началась весной 1991 года как внутренний проект корпорации Intel Release 0.1 . Специалисты компании поставили перед собой цель разработать недорогое решение, которое бы позволило полностью реализовать возможности нового поколения процессоров 486 Pentium P6 вот уже половина ответа. Особенно подчеркивалось, что разработка проводилась с нуля, а не была попыткой установки новых заплат на существующие решения.

В результате шина PCI появилась в июне 1992 года R1.0 . Разработчики Intel отказались от использования шины процессора и ввели еще одну антресольную mezzanine шину. Благодаря такому решению шина получилась, во-первых, процессоро-независимой в отличие от VLbus, а во-вторых, могла работать параллельно с шиной процессора, не обращаясь к ней за запросами.

Например, процессор работает себе с кэшем или системной памятью, а в это время по сети на винчестер пишется информация. Просто здорово! На самом деле идиллии, конечно, не получается, но загрузка шины процессора снижается здорово. Кроме того, стандарт шины был объявлен открытым и передан PCI Special Interest Group, которая продолжила работу по совершенствованию шины в настоящее время доступен R2.1 , и в этом, пожалуй, вторая половина ответа на вопрос почему PCI? Основные возможности шины следующие.

Синхронный 32-х или 64-х разрядный обмен данными правда, насколько мне известно, 64-разрядная шина в настоящее время используется только в Alpha-системах и серверах на базе процессоров Intel Xeon, но, в принципе, за ней будущее. При этом для уменьшения числа контактов и стоимости используется мультиплексирование, то есть адрес и данные передаются по одним и тем же линиям.

Поддержка 5V и 3.3V логики. Разъемы для 5 и 3.3V плат различаются расположением ключей Частота работы шины 33MHz или 66MHz в версии 2.1 позволяет обеспечить широкий диапазон пропускных способностей с использованием пакетного режима 132 МВ сек при 32-bit 33MHz 264 MB сек при 32-bit 66MHz 264 MB сек при 64-bit 33MHz 528 МВ сек при 64-bit 66MHz. При этом для работы шины на частоте 66MHz необходимо, чтобы все периферийные устройства работали на этой частоте.

Полная поддержка multiply bus master например, несколько контроллеров жестких дисков могут одновременно работать на шине. Поддержка write-back и write-through кэша. Автоматическое конфигурирование карт расширения при включении питания. Спецификация шины позволяет комбинировать до восьми функций на одной карте например, видео звук и т.д Шина позволяет устанавливать до 4 слотов расширения, однако возможно использование моста PCI-PCI для увеличения количества карт расширения.

PCI-устройства оборудованы таймером, который используется для определения максимального промежутка времени, в течении которого устройство может занимать шину. При разработке шины в ее архитектуру были заложены передовые технические решения, позволяющие повысить пропускную способность. Шина поддерживает метод передачи данных, называемый linear burst метод линейных пакетов. Этот метод предполагает, что пакет информации считывается или записывается одним куском, то есть адрес автоматически увеличивается для следующего байта.

Естественным образом при этом увеличивается скорость передачи собственно данных за счет уменьшения числа передаваемых адресов. Шина PCI является той черепахой, на которой стоят слоны, поддерживающие Землю - архитектуру Microsoft Intel Plug and Play PnP PC architecture. Спецификация шины PCI определяет три типа ресурсов два обычных диапазон памяти и диапазон ввода вывода, как их называет компания Microsoft и configuration space - конфигурационное пространство. Конфигурационное пространство состоит из трех регионов заголовка, независимого от устройства device-independent header region региона, определяемого типом устройства header-type region региона, определяемого пользователем user-defined region. В заголовке содержится информация о производителе и типе устройства - поле Class Code сетевой адаптер, контроллер диска, мультимедиа и т.д. и прочая служебная информация.

Следующий регион содержит регистры диапазонов памяти и ввода вывода, которые позволяют динамически выделять устройству область системной памяти и адресного пространства.

В зависимости от реализации системы конфигурация устройств производится либо BIOS при выполнении POST - power-on self test, либо программно. Базовый регистр expansion ROM аналогично позволяет отображать ROM устройства в системную память. Поле CIS Card Information Structure pointer используется картами cardbus PCMCIA R3.0 . С Subsystem vendor Subsystem ID все понятно, а последние 4 байта региона используются для определения прерывания и времени запроса владения.

Рисунок 4. Конфигурационное пространство. Accelerated Graphic Port Все хорошее когда-нибудь кончается. Обидно - но истинно. Сколько писали про то, что шина PCI наконец-то устранила узкое место РС - обмен с видеокартами - но не тут-то было! Прогресс, как известно, не стоит на месте. Появление разных там 3D ускорителей привело к тому, что ребром встал вопрос что делать? Либо увеличивать количество дорогой памяти непосредственно на видеокарте, либо хранить часть информации в дешевой системной памяти, но при этом каким-нибудь образом организовать к ней быстрый доступ.

Как это практически всегда бывает в компьютерной индустрии, вопрос решен не был. Казалось бы, вот вам простейшее решение переходите на 66-мегагерцовую 64-разрядную шину PCI с огромной пропускной способностью, так нет же. Intel на базе того же стандарта PCI R2.1 разрабатывает новую шину - AGP R1.0, затем 2.0 , которая отличается от своего родителя в следующем 1. шина способна передавать два блока данных за один 66 MHz цикл AGP 2x 2. устранена мультиплексированность линий адреса и данных напомню, что в PCI для удешевления конструкции адрес и данные передавались по одним и тем же линиям 3. дальнейшая конвейеризация операций чтения записи, по мнению разработчиков, позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения этих операций.

В результате пропускная способность шины была оценена в 500 МВ сек, и предназначалась она для того, чтобы видеокарты хранили текстуры в системной памяти, соответственно имели меньше памяти на плате, и, соответственно, дешевели.

Парадокс в том, что видеокарты все-таки предпочитают иметь БОЛЬШЕ памяти, и ПОЧТИ НИКТО не хранит текстуры в системной памяти, поскольку текстур такого объема пока подчеркиваю - пока практически нет. При этом в силу удешевления памяти вообще, карты особенно и не дорожают. Однако практически все считают, что будущее - за AGP, а бурное развитие мультимедиа-приложений в особенности - игр может скоро привести к тому, что текстуры перестанут влезать и в системную память.

Поэтому имеет смысл, особо не вдаваясь в технические подробности, рассказать, как же это все работает. Итак, начнем с начала, то есть с AGP 1.0. Шина имеет два основных режима работы Execute и DMA. В режиме DMA основной памятью является память карты. Текстуры хранятся в системной памяти, но перед использованием тот самый execute копируются в локальную память карты.

Таким образом, AGP действует в качестве тыловой структуры, обеспечивающей своевременную доставку патронов текстур на передний край в локальную память. Обмен ведется большими последовательными пакетами. В режиме Execute локальная и системная память для видеокарты логически равноправны. Текстуры не копируются в локальную память, а выбираются непосредственно из системной. Таким образом, приходится выбирать из памяти относительно малые случайно расположенные куски. Поскольку системная память выделяется динамически, блоками по 4К, в этом режиме для обеспечения приемлемого быстродействия необходимо предусмотреть механизм, отображающий последовательные адреса на реальные адреса 4-х килобайтных блоков в системной памяти.

Эта нелегкая задача выполняется с использованием специальной таблицы Graphic Address Re-mapping Table или GART , расположенной в памяти. При этом адреса, не попадающие в диапазон GART GART range, не изменяются и непосредственно отображаются на системную память или область памяти устройства device specific range. На рисунке в качестве такой области показан локальный фрейм-буфер карты Local Frame Buffer или LFB . Точный вид и функционирование GART не определены и зависят от управляющей логики карты.

Шина AGP полностью поддерживает операции шины PCI, поэтому AGP-траффик может представлять из себя смесь чередующихся AGP и PCI операций чтения записи. Операции шины AGP являются раздельными split. Это означает, что запрос на проведение операции отделен от собственно пересылки данных.

Такой подход позволяет AGP-устройству генерировать очередь запросов, не дожидаясь завершения текущей операции, что также повышает быстродействие шины. В 1998 году спецификация шины AGP получила дальнейшее развитие - вышел Revision 2.0. В результате использования новых низковольтных электрических спецификаций появилась возможность осуществлять 4 транзакции пересылки блока данных за один 66-мегагерцовый такт AGP 4x, что означает пропускную способность шины в 1GB сек! Единственное, чего не хватает для полного счастья, так это чтобы устройство могло динамически переключаться между режимами 1х, 2х и 4х, но с другой стороны, это никому и не нужно.

Однако потребности и запросы в области обработки видеосигналов все возрастают, и Intel готовит новую спецификацию - AGP Pro в настоящее время доступен Revision 0.9 - направленную на удовлетворение потребностей высокопроизводительных графических станций.

Новый стандарт не видоизменяет шину AGP. Основное направление - увеличение энергоснабжения графических карт. С этой целью в разъем AGP Pro добавлены новые линии питания. Предполагается, что будет существовать два типа карт AGP Pro - High Power и Low Power. Карты High Power могут потреблять от 50 до 110W. Естественно, такие карты нуждаются в хорошем охлаждении. С этой целью спецификация требует наличия двух свободных слотов PCI с component side стороны, на которой размещены основные чипы карты.

При этом данные слоты могут использоваться картой как дополнительные крепления, для подвода дополнительного питания и даже для обмена по шине PCI! При этом на использование этих слотов накладываются лишь незначительные ограничения. При использовании слотов для подвода дополнительного питания Не использовать для питания линии V I O Не устанавливать линию M66EN контакт 49В в GND что вполне естественно, так как это переводит шину PCI в режим 33 MHz. При использовании слота для обмена по шине Подсистема PCI I O должна разрабатываться под напряжение 3.3V c возможностью функционирования при 5 V. Поддержка 64-разрядного или 66 MHz режимов не требуется.

Карты Low Power могут потреблять 25-50W, поэтому для обеспечения охлаждения спецификация требует наличия одного свободного слота PCI. При этом все retail-карты AGP Pro должны иметь специальную накладку шириной соответственно в 3 или 2 слота, при этом карта приобретает вид достаточно устрашающий.

В общем, как представлю себе графическую станцию с двумя процессорами Xeon и видеокартой AGP Pro High Power Можно здорово сэкономить на отоплении Закрадывается крамольная мысль, что в спецификацию PC 200? будет заложено жидкостное охлаждение. Опять-таки поживем - увидим