Системная шина
Системная шина — это отдельная компьютерная шина , которая соединяет основные компоненты компьютерной системы. объединение функций шины данных для передачи информации, адресной шины для определения того, куда ее следует отправлять или читать, и шины управления для определения ее работы. Этот метод был разработан для снижения затрат и улучшения модульности, и, хотя он был популярен в 1970-х и 1980-х годах, более современные компьютеры используют множество отдельных шин, адаптированных к более конкретным потребностям.
Шина системного уровня ЦП (в отличие от внутренних шин передачи данных ) соединяет ЦП с памятью и устройствами ввода-вывода. [ 1 ] Обычно шина системного уровня предназначена для использования в качестве объединительной платы . [ 2 ]
Фоновый сценарий
[ редактировать ]Многие из компьютеров были основаны на первом проекте отчета по отчету EDVAC, опубликованном в 1945 году. В так называемой архитектуре фон Неймана был центральный блок управления и арифметико-логический блок (АЛУ, который он назвал центральной арифметической частью). были объединены с памятью компьютера и функциями ввода и вывода, чтобы сформировать хранимую программу компьютера . [ 3 ] В отчете представлена общая организация и теоретическая модель компьютера, но не реализация этой модели. [ 4 ] Вскоре конструкции интегрировали блок управления и АЛУ в так называемый центральный процессор (ЦП).
Компьютеры 1950-х и 1960-х годов, как правило, создавались по индивидуальному заказу. Например, процессор, память и блоки ввода/вывода представляли собой один или несколько шкафов, соединенных кабелями. Инженеры использовали общепринятые методы стандартизированных пучков проводов и расширили концепцию, поскольку объединительные платы использовались для крепления печатных плат в этих ранних машинах . Название «шина» уже использовалось для обозначения « шин », по которым электроэнергия подавалась к различным частям электрических машин, включая ранние механические калькуляторы. [ 5 ] Появление интегральных схем значительно уменьшило размер каждого компьютерного блока, а шины стали более стандартизированными. [ 6 ] Стандартные модули можно было соединять между собой более единообразным образом, их было легче разрабатывать и поддерживать.
Описание
[ редактировать ]Чтобы обеспечить еще большую модульность при снижении стоимости, шины памяти и ввода-вывода (а также необходимые шины управления и питания ) иногда объединялись в одну унифицированную системную шину. [ 7 ] Модульность и стоимость стали важны, поскольку компьютеры стали достаточно маленькими, чтобы поместиться в одном шкафу (и клиенты ожидали аналогичного снижения цен). Digital Equipment Corporation (DEC) еще больше снизила стоимость серийных миникомпьютеров и разместила ввод-вывод в шине памяти, так что устройства выглядели как ячейки памяти. Это было реализовано в Unibus PDP -11 примерно в 1969 году, устранив необходимость в отдельной шине ввода-вывода. [ 8 ] Даже компьютеры, такие как PDP-8, без ввода-вывода с отображением в памяти, вскоре были оснащены системной шиной, которая позволяла подключать модули в любой слот. [ 9 ] Некоторые авторы назвали это новой упрощенной «моделью» компьютерной архитектуры. [ 10 ]
Многие ранние микрокомпьютеры (с центральным процессором, как правило, на одной интегральной схеме ) были построены с одной системной шиной, начиная с шины S-100 в компьютерной системе Altair 8800 примерно в 1975 году. [ 11 ] В 1981 году IBM PC использовала шину промышленной стандартной архитектуры (ISA) в качестве системной шины. Пассивные объединительные платы ранних моделей были заменены стандартом размещения ЦП и ОЗУ на материнской плате , с использованием только дополнительных дочерних плат или карт расширения на системной шине. слоты.
Multibus как стандарт IEEE 796 в 1983 году стал стандартом Института инженеров по электротехнике и электронике . [ 12 ] Компания Sun Microsystems разработала SBus в 1989 году для поддержки карт расширения меньшего размера. [ 13 ] Самый простой способ реализовать симметричную многопроцессорность заключался в подключении более одного процессора к общей системной шине, которая использовалась до 1980-х годов. Однако общая шина быстро стала узким местом, и были изучены более сложные методы подключения. [ 14 ]
Даже в очень простых системах шина данных в разное время управляется памятью программ, ОЗУ и устройствами ввода-вывода. Чтобы предотвратить конфликты на шине данных, в любой момент только одно устройство управляет шиной данных. В очень простых системах только шина данных должна быть двунаправленной. В очень простых системах регистр адреса памяти всегда управляет адресной шиной, блок управления всегда управляет шиной управления. и декодер адреса выбирает, какому конкретному устройству разрешено управлять шиной данных во время этого цикла шины. В очень простых системах каждый цикл команд начинается с цикла ЧТЕНИЯ памяти, когда программная память передает команду на шину данных, в то время как регистр команд фиксирует эту команду из шины данных. Некоторые инструкции продолжаются циклом ЗАПИСИ в память, когда регистр данных памяти передает данные по шине данных в выбранное ОЗУ или устройство ввода-вывода. Другие инструкции продолжаются с другого цикла чтения памяти, в котором выбранное ОЗУ, память программ или устройство ввода-вывода передает данные на шину данных, в то время как регистр данных памяти фиксирует эти данные из шины данных.
Более сложные системы имеют шину с несколькими главными устройствами — они не только имеют множество устройств, каждое из которых управляет шиной данных, но также имеют множество мастеров шины , каждое из которых управляет адресной шиной. Адресная шина, как и шина данных в системах отслеживания шины , должна быть двунаправленной шиной, часто реализуемой как шина с тремя состояниями . Чтобы предотвратить конфликты на адресной шине, арбитр шины выбирает, какому конкретному мастеру шины разрешено управлять адресной шиной во время этого цикла шины.
Двойная независимая шина
[ редактировать ]Intel использовала термин Dual Independent Bus (DIB) для двух разных целей. Первый произошел, когда Intel перешла с одной локальной шины на DIB, используя внешнюю переднюю шину для основной системной памяти и устройств ввода-вывода, а внутреннюю заднюю шину L2 для кэша ЦП . Это было введено в Pentium Pro в 1995 году. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
В 2005 и 2006 годах Intel представила наборы микросхем 8500 и 5000, где DIB обозначал две передние шины набора микросхем, что удваивает пропускную способность системы по сравнению с использованием всего одной FSB, общей для всех процессоров. Однако информация, необходимая для обеспечения согласованности кэша общих данных, расположенных в разных кэшах, должна отправляться широковещательно (отслеживаться) для проверки состояния кэша других процессоров FSB, что снижает доступную пропускную способность. Чтобы уменьшить когерентный трафик, в наборы микросхем более высокого класса был включен отслеживающий фильтр , чтобы информация о состоянии кэша была доступна на наборе микросхем. В 2007 году Intel расширила идею нескольких шин в наборе микросхем 7300 четырьмя независимыми FSB, назвав ее выделенными высокоскоростными межсоединениями (DHSI). [ 18 ]
Подход к использованию системной шины устарел в современных персональных и серверных компьютерах, в которых вместо этого используются высокопроизводительные технологии межсетевого взаимодействия, такие как HyperTransport и Intel QuickPath Interconnect , в то время как архитектура системной шины продолжает использоваться в более простых встроенных микропроцессорах. Системная шина может даже быть внутренней по отношению к одной интегральной схеме, образуя систему на кристалле . Примеры включают AMBA , CoreConnect и Wishbone . [ 19 ]
Примеры
[ редактировать ]Intel Direct Media Интерфейс
[ редактировать ] |
Интерфейс Direct Media — это пример системной шины (помимо линий PCIE с прямым доступом ), реализованной Intel и известной как минимум с 2004 года. В основном он используется для доступа к устройствам ввода-вывода с отображением в памяти и связи ЦП с набором микросхем .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Эдвард Босворт. «Глава 10 – Обзор автобусов» .
- ^ Хуэй Ву. «Компьютерные шины и параллельный ввод-вывод» . 2006.
- ^ Джон фон Нейман (30 июня 1945 г.). «Первый проект отчета о EDVAC» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 марта 2013 года . Проверено 27 мая 2011 г. Введение и редактирование Майкла Д. Годфри, Стэнфордский университет, ноябрь 1992 г.
- ^ Майкл Д. Годфри; Д. Ф. Хендри (1993). «Компьютер, как его планировал фон Нейман» (PDF) . IEEE Анналы истории вычислений . 15 (1): 11–21. дои : 10.1109/85.194088 . S2CID 569933 . Архивировано из оригинала (PDF) 25 августа 2011 г.
- ^ Патент США 3,470,421 «Непрерывная шина для проводки задней панели машины с соединительной пластиной» Дональд Л. Шор и др., Подан 30 августа 1967 г., выдан 30 сентября 1969 г.
- ^ Патент США 3 462 742 «Компьютерная система, адаптированная для построения больших интегральных схем» Генри С. Миллера и др., Подан 21 декабря 1966 г., выдан 19 августа 1969 г.
- ^ Линда Налл; Юлия Лобур (2010). Основы компьютерной организации и архитектуры (3-е изд.). Джонс и Бартлетт Обучение. стр. 36, 199–203. ISBN 978-1-4496-0006-8 .
- ^ К. Гордон Белл; Р. Кэди; Х. МакФарланд; Б. Делаги; Дж. О'Лафлин; Р. Нунан; В. Вульф (1970). «Новая архитектура для мини-компьютеров — DEC PDP-11» (PDF) . Весенняя совместная компьютерная конференция : 657–675.
- ^ Малый компьютерный справочник (PDF) . Корпорация цифрового оборудования. 1973. стр. 2–9.
- ^ Майлз Дж. Мердокка; Винсент П. Хеуринг (2007). Компьютерная архитектура и организация: комплексный подход . Джон Уайли и сыновья. п. 11. ISBN 978-0-471-73388-1 .
- ^ Герберт Р. Джонсон. «Происхождение компьютеров С-100» .
- ^ «796-1983 — Стандартная микрокомпьютерная системная шина IEEE» . Институт инженеров электротехники и электроники . 1983 год . Проверено 25 мая 2011 г.
- ^ Франк, Э.Х. (1990). «SBus: высокопроизводительная системная шина Sun для рабочих станций RISC». Дайджест статей Compcon Spring '90. Тридцать пятая международная конференция IEEE Computer Society по интеллектуальному использованию . стр. 189–194. дои : 10.1109/CMPCON.1990.63672 . ISBN 0-8186-2028-5 . S2CID 25815415 .
- ^ Дональд Чарльз Винзор (1989). Организация шины и кэш-памяти для мультипроцессоров (PDF) . Кафедра электротехники Мичиганского университета. доктор философии диссертация.
- ^ Генеральный директор Intel представляет новую архитектуру шины, которая будет реализована в новом микропроцессоре Pentium® II
- ^ Тодд Лэнгли и Роб Ковальчик (январь 2009 г.). «Введение в архитектуру Intel: основы» (PDF) . Белая бумага . Корпорация Интел. Архивировано из оригинала (PDF) 7 июня 2011 года . Проверено 25 мая 2011 г.
- ^ «Порт ускоренной графики». Следующее поколение . № 37. Imagine Media . Январь 1998 г., стр. 94–96.
- ^ Введение в Intel® QuickPath Interconnect , рисунки 4 и 5.
- ^ Рудольф Уссельманн (9 января 2001 г.). «Обзор шины OpenCores SoC» (PDF) . Проверено 30 мая 2011 г.
