Шины материнских плат

Размещено на http://www.allbest.ru/

Департамент образования и науки Кемеровской области

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

"Беловский педагогический колледж"

Курсовая работа

Шины материнских плат

Выполнил:

Студент группы 0121

Специальность 230701

"Прикладная информатика"

Меринов Михаил Витальевич

Научный руководитель:

Скоробогатов А.С.

Белово 2015



Содержание

Введение

Глава 1. Шины материнских плат

1.1 Понятие системной шины

1.2 Принцип работы шины

1.2.1 Шина данных

1.2.2 Шина адреса

1.2.3 Шина управления

Глава 2. История развития системных шин

2.1 Первое поколение

2.2 Второе поколение

2.3 Третье поколение

Глава 3. Типология системных шин

3.1 Внутренние шины

3.1.1 PCI Express 1.0

3.1.2 PCI Express 2.0

3.1.3 PCI Express 3.0

3.1.4 HyperTransport

3.1.5 InfiniBand

3.2 Внешние шины

3.2.1 USB

3.2.2 USB 2.0

3.2.3 USB 3.0

3.2.4 SATA

3.2.5 SATA Revision 2.x

3.2.6 SATA Revision 3.x

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Совсем недавно ЭВМ были большими, тяжелыми и дорогими устройствами для узкого круга специалистов. Но в современном мире, ЭВМ уменьшились до невероятных размеров. Современная жизнь уже не представляется без компьютера, ведь все рутинные задания уже давно выполняются при помощи вычислительной техники, от выполнения домашней работы в начальной школе, до сложных просчетов в квантовой физике. На сегодняшний день данная тема актуальна, так как постоянное усовершенствование технологий заставляет даже простых пользователей накапливать и расширять базу знаний об устройствах компьютеров.

В настоящее время любой пользователь понимает основы архитектуры ЭВМ, но как это работает, и как, к примеру, взаимодействует материнская плата со всеми периферийными устройствами, как не ошибиться в совместимости отдельно взятых узлов при заказе через интернет. Все эти вопросы будут рассмотрены в данной работе.

Целью курсовой работы являлось рассмотрение шин материнских плат, а именно:

Определение компьютерной шины

История развития компьютерных шин

Типология компьютерных шин

Проблематикой является, объект и предмет исследования (шины материнских плат)



1. Шины материнских плат

1.1 Понятие системной шины

Системная шина - это "паутина", соединяющая между собой все устройства и отвечающая за передачу информации между ними. Расположена она на материнской плате и внешне не видна.

Системная шина - это набор проводников (металлизированных дорожек на материнской плате), по которым передается информация в виде электрических сигналов.

Чем выше тактовая частота системной шины, тем быстрее будет осуществляться передача информации между устройствами и, как следствие, увеличится общая производительность компьютера, т. е. повысится скорость компьютера.

В персональных компьютерах используются системные шины стандартов ISA, EISA, VESA, VLB и PCI. почти все в настоящее время являются устаревшими и не выпускаются на современных материнских платах. Сегодня самой распространенной является шина PCI.

Существуют и специализированные шины, например внутренние шины процессоров или шина для подключения видеоадаптеров - AGP.

Все стандарты различаются как по числу и использованию сигналов, так и по протоколам их обслуживания.

1.2 Принцип работы шины

Из выше сказанного известно, что шина - это набор проводников. При этом по каждому проводу передается отдельный двоичный разряд. Информация может передаваться в одном направлении, как, например, для шины адреса или в различных направлениях (для шины данных).

В любом случае все сигналы, необходимые для работы системной шины формируются микросхемой процессора. Иногда для увеличения скорости обработки информации функции управления системной шины берет на себя отдельная микросхема (например, контроллер прямого доступа к памяти или сопроцессор). Арбитраж доступа к системной шине при этом осуществляет контроллер системной шины (в простейшем случае достаточно сигнала занятости шины).

В некоторых случаях в понятие шина дополнительно включают требования по уровням напряжения, которыми представляются нули и единицы, передаваемые по ее проводам. В состав требований могут быть включены длительности фронтов передаваемых сигналов, типы используемых разъемов и их распайка, последовательность передаваемых сигналов и скорость их передачи.

Некоторые устройства, соединенные с шиной, являются активными и могут инициировать передачу информации по шине, тогда как другие являются пассивными и ждут запросов. Активное устройство называется задающим, пассивное - подчиненным. Когда центральный процессор требует от контроллера диска считать или записать блок информации, центральный процессор действует как задающее устройство, а контроллер диска - как подчиненное. Контроллер диска может действовать как задающее устройство, когда он командует памяти принять слова, которые считал с диска. Несколько типичных комбинаций задающего и подчиненного устройств перечислены в таблице ниже. Память ни при каких обстоятельствах не может быть задающим устройством.

Табл.1

Задающее устройство	Подчиненное устройство	Пример
Центральный процессор	Память	Вызов команд и данных
Центральный процессор	Устройство ввода-вывода	Инициализация передачи данных
Центральный процессор	Сопроцессор	Передача команды от процессора к сопроцессору
Устройство ввода-вывода	Память	Прямой доступ к памяти
Сопроцессор	Центральный процессор	Вызов сопроцессором операндов из центрального процессора

Разработка шин и принципы действия шин - это достаточно сложные вопросы. Принципиальными вопросами в разработке являются ширина шины, синхронизация шины, арбитраж шины и функционирование шины. Все эти параметры существенно влияют на пропускную способность шины.

1.2.1 Шина данных

По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении, т.е. шина данных является двунаправленной.

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники.

За 25 лет, со времени создания первого персонального компьютера (1975г.), разрядность шины данных увеличилась с 8 до 64 бит.

1.2.2 Шина адреса

Шина адреса предназначена для передачи по ней адреса того устройства (или той ячейки памяти), к которому обращается процессор. Адрес на нее выдает всегда только процессор. По шине данных передается вся информация. При операции записи информацию на нее выставляет процессор, а считывает то устройство (например, память или принтер), адрес которого выставлен на шине адреса. При операции чтения информацию выставляет устройство, адрес которого выставлен на шине адреса, а считывает процессор.

Таким образом, каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:

,

где n - разрядность шины адреса.

Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т. е. максимальный объем адресуемой памяти:

== 64 Кб

== 1 Мб

== 16 Мб

== 4 Гб

Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 32 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:

N == = 4 294 967 296 = 4 Гб

В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются. Несмотря на то, что общий объем адресуемой памяти достигает 4 Гбайт, величина фактически установленной оперативной памяти может быть значительно меньше.

Аппаратно на системных платах реализуются шины различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA (Industry Standard Architecture), имевшая 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA (Extended Industry Standard Architecture), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В компьютерах PC/ Pentium используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect), имеющая 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.

1.2.3 Шина управления

По шине управления передаются сигналы такие, например, как сигналы чтения, записи, готовности, определяющие характер обмена информацией по магистрали.

Сигналы управления определяют, какую операцию считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами. Кроме того, каждое внешнее устройство, которому нужно обратиться к процессору, имеет на этой шине собственную линию.

Когда периферийное устройство "хочет обратиться" к процессору, оно устанавливает на этой линии специальный сигнал (сигнал прерывания), заметив который, процессор прерывает выполняемые в этот момент действия и обращается (командой чтения или записи) к устройству.



2. История развития системных шин

2.1 Первое поколение

Главное нововведение - единственная шина (omnibus), показанная на рисунке ниже. Это нововведение радикально отличало PDP-8 от IAS. Такая структура с тех пор стала использоваться во всех компьютерах. Компания DEC продала 50 000 компьютеров модели PDP-8 и стала лидером на рынке мини-компьютеров.

Рис.2 "Шина компьютера PDP-8"

DEC отмечала, что две разные шины могут быть излишними и дорогими для малых, серийных компьютеров, и предложила отображать периферийные устройства на шину памяти, так, что они выглядели как области памяти.

Первые миникомпьютерные шины представляли пассивные объединительные платы, подключенные к контактам микропроцессора. Память и другие устройства подключались к шине с использованием тех же контактов адреса и данных, что и процессор.

Очередным нововведением было создание Altair с шиной S-100. S-100 была первой интерфейсной шиной для микрокомпьютерной промышленности. Её прорывом стало использование прерываний. Без прерываний процессор должен был постоянно производить проверку устройств на наличие данных, проблема в том, что из-за не своевременной проверки устройство находилось в режиме ожидания, так же при длительной задержке данные могли потеряться. Инженеры дали возможность периферии прерывать процессор, что позволило более продуктивно направлять потоки данных и ускорило работу в разы. Прерывания имели приоритет, так как процессор может выполнять лишь одну команду в определенный промежуток времени, а различные устройства имели различные задержки. К примеру, процессор, что то считает, в этот момент нажимается клавиша, программа должны быть прервана, управление будет передано специальному коду (процедура обработки прерывания), символ сохранится в памяти, будет выведен на экран, а затем процессор вернется к выполнению вычислений.

Классический и простой способ обеспечить приоритеты прерываний или доступа к шине заключался в цепном подключении устройств.

Периферия может запросить обработку информации путём подачи сигналов на шину управления, используя какие-либо формы прерываний. Почти все ранние компьютеры были построены по таким принципам, начиная от Altair, заканчивая IBM PC выпущенном в 1981г.

Такие простые шины имели серьёзный недостаток для универсальных компьютеров. Всё оборудование на шине должно было передавать информацию на одной скорости. Увеличение скорости процессора требовало такого же ускорения всех устройств. Зачастую очень быстрым процессорам приходилось замедляться для возможности передачи информации некоторым устройствам. Данная проблема непозволительна для коммерческих компьютеров. Другая проблема в том, что процессор требуется для любых операций, и когда он занят другими операциями, реальная пропускная способность шины может значительно страдать.

Такие компьютерные шины были сложны в настройке, при наличии широкого спектра оборудования. Например, каждая добавляемая карта расширения могла требовать установки множества переключателей для задания адреса памяти, адреса ввода-вывода, приоритетов и номеров прерываний.



2.2 Второе поколение

Главным открытием второго поколение было разграничение процессора с памятью от периферийных устройств. Между ними устанавливался специальный контроллер шин. Это позволило увеличивать скорость процессора без нагрузки на шину, разгрузить процессор от управления шиной. При помощи контроллера, устройства на шине могли работать между собой без обращения к центральному процессору. Новые шины имели большую производительность, но требовали более сложных карт расширения. Проблема скорости решилась увеличением разрядности шины данных: с 8-ми битных в первом поколении, до 16 и 32-ух битными во втором.

Проблема совместимости материнской платы с дополнительными устройствами была решена за счет появления программной настройки устройств, ныне стандартизованная как Plug-n-play(PnP).

Однако была не решена самая серьезная проблема - требование одинаковых скоростей от устройств на одной шине. Процессор и память теперь были изолированы на собственной шине, и их скорость росла быстрее, чем скорость периферийной шины. В результате шины были слишком медленны для новых систем, и машины страдали от нехватки данных. К примеру: быстрое увеличение мощности видеокарт, которым не хватало пропускной способности даже новой шины Peripheral Component Interconneсt (PCI). Дополнительно компьютеры стали включать в себя Accelerated Graphics Port (AGP) для работы только с видеоадаптерами. Но и этого было мало, в 2004 году AGP стало недостаточно быстрым для мощных видеокарт, ему на замену пришла новая шина PCI Express.

Большинство внешних устройств стало применять собственные шины. Когда были изобретены приводы дисков, они присоединялись к машине при помощи карты, подключаемой к шине. Из-за этого компьютеры имели много слотов расширения. Но в 1980_х и 1990_х были изобретены новые стандарты шин SCSI(Sun) и IDE(IBM) решившие эту проблему и оставив большую часть разъёмов расширения в новых системах пустыми.

Именно тогда шины стали различать на внутренние (видеоадаптеры и звуковые платы/PCI) и внешние (сканеры и принтеры/USB). К примеру, IDE по своему значению является внешней шиной, но за частую используется как внутренняя.

2.3 Третье поколение

Особенность шин третьего поколения - использование как больших скоростей, необходимых для памяти, видеокарт и межпроцессорного взаимодействия, так и небольших при работе с медленными устройствами, например, приводами дисков. Также они стремятся к большей гибкости в терминах физических подключений, позволяя использовать себя и как внутренние, и как внешние шины, например, для объединения компьютеров. Это приводит к проблемам при удовлетворении различных требований, так что большая часть работ по данным шинам связана с программным обеспечением, а не с самой аппаратурой.

В целом, шины третьего поколения больше похожи на компьютерные сети, чем на изначальные идеи шин, с большими накладными расходами, чем у ранних систем. Также они позволяют использовать шину нескольким устройствам одновременно.

Современные интегральные схемы часто разрабатываются из заранее созданных частей. Разработаны шины (например, Wishbone) для более простой интеграции различных частей интегральных схем.



3. Типология системных шин

Шины можно разделить по типу передачи данных - последовательные и параллельные, а так же по функциональной направленности - внешние и внутренние.

3.1 Внутренние шины

3.1.1 PCI Express 1.0

PCI Express - компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

Последовательная шина PCI Express, разработанная Intel и ее партнерами, призвана заменить параллельную шину PCI и ее расширенный и специализированный вариант AGP.

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 двунаправленной шине.

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

На электрическом уровне каждое соединение использует низковольтную дифференциальную передачу сигнала (LVDS), приём и передача информации производится каждым устройством PCI Express по отдельным двум проводникам, таким образом, в простейшем случае, устройство подключается к коммутатору PCI Express всего лишь четырьмя проводниками.

PCI Express пересылает всю управляющую информацию, включая прерывания, через те же линии, что используются для передачи данных. Последовательный протокол никогда не может быть заблокирован, таким образом задержки шины PCI Express вполне сравнимы с таковыми для шины PCI. Во всех высокоскоростных последовательных протоколах (например, GigabitEthernet), информация о синхронизации должна быть встроена в передаваемый сигнал. На физическом уровне, PCI Express использует ставший общепринятым метод кодирования 8B/10B (8 бит данных заменяются на 10 бит, передаваемых по каналу, таким образом 20% трафика является избыточными), который позволяет поднять помехозащищённость.

Шина PCI работает на частоте 33 или 66 МГц и обеспечивает пропускную способность 133 или 266 Мб/сек соответственно, но эта пропускная способность делится между всеми устройствами PCI. Частота, на которой работает шина PCI Express - 2.5 ГГц, что дает пропускную способность 2500 МГц / 10 * 8 = 250 * 8 Мбит/сек = 250 Мб/сек для каждого устройства PCI Express x1 в одном направлении. При наличии нескольких линий для вычисления пропускной способности величину 250 Мб/сек надо умножить на число линий и на 2, т.к. PCI Express является двунаправленной шиной.

Табл.2 таблица пропускной способности PCI.

Число линий PCI Express	Пропускная способность в одном направлении	Суммарная пропускная способность
1	250 Мб/сек	500 Мб/сек
2	500 Мб/сек	1 Гб/сек
4	1 Гб/сек	2 Гб/сек
8	2 Гб/сек	4 Гб/сек
16	4 Гб/сек	8 Гб/сек
32	8 Гб/сек	16 Гб/сек

Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

горячая замена карт;

гарантированная полоса пропускания (QoS);

управление энергопотреблением;

контроль целостности передаваемых данных.

3.1.2 PCI Express 2.0

Группа PCI-SIG выпустила спецификацию PCI Express 2.0 15 января 2007 года. Основные нововведения в PCI Express 2.0:

Увеличенная пропускная способность - спецификация PCI Express 2.0 определяет максимальную пропускную способность одного соединения lane как 5 Гбит/с. Внесены усовершенствования в протокол передачи между устройствами и программную модель.

Динамическое управление скоростью - для управления скоростью работы связи.

Оповещение о пропускной способности - для оповещения ПО (операционной системы, драйверов устройств и т.п.) об изменениях скорости и ширины шины.

Расширения структуры возможностей - расширение управляющих регистров для лучшего управления устройствами, слотами и интерконнектом.

Службы управления доступом - опциональные возможности управления транзакциями точка-точка.

3.1.3 PCI Express 3.0

PCI-SIG в середине августа 2010 года представила версию 0.9 спецификации PCI Express 3.0.

Для пользователей основное отличие между PCI Express 2.0 и PCI Express 3.0 будет заключаться в значительном увеличении максимальной пропускной способности. У PCI Express 2.0 сигнальная скорость передачи составляет 5 ГТ/с (гигатранзакций в секунду), то есть пропускная способность равняется 500 Мбайт/с для каждой линии. Таким образом, основной графический слот PCI Express 2.0, который обычно использует 16 линий, обеспечивает двунаправленную пропускную способность до 8 Гбайт/с.

У PCI Express 3.0 мы получим удвоение этих показателей. PCI Express 3.0 использует сигнальную скорость 8 ГТ/с, что даёт пропускную способность 1 Гбайт/с на линию. Таким образом, основной слот для видеокарты получит пропускную способность до 16 Гбайт/с.

На первый взгляд увеличение сигнальной скорости с 5 ГТ/с до 8 ГТ/с не кажется удвоением. Однако стандарт PCI Express 2.0 использует схему кодирования 8B/10B.

PCI Express 3.0 переходит на намного более эффективную схему кодирования 128B/130B, устраняя 20% избыточность. Поэтому 8 ГТ/с - это уже не "теоретическая" скорость; это фактическая скорость, сравнимая по производительности с сигнальной скоростью 10 ГТ/с, если бы использовался принцип кодирования 8b/10b.

3.1.4 HyperTransport

Шина HyperTransport (HT)- это двунаправленная последовательно-параллельная компьютерная шина с высокой пропускной способностью и малыми задержками.

HyperTransport работает на частотах от 200 МГц до 3,2 ГГц (у шины PCI - 33 и 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.

Шина HyperTransport основана на передаче пакетов. Каждый пакет состоит из 32-разрядных слов, вне зависимости от физической ширины шины (количества информационных линий).

Пакеты HyperTransport передаются по шине последовательно. Увеличение пропускной способности влечёт за собой увеличение ширины шины. HyperTransport может быть использован для передачи служебных сообщений системы, для передачи прерываний, для конфигурирования устройств, подключённых к шине и для передачи данных.

Шина HyperTransport нашла широкое применение в качестве процессорной шины. Она имеет оригинальную топологию (Рис.3) на основе линков, тоннелей, цепей и мостов, что позволяет этой архитектуре легко масштабироваться. HyperTransport призвана упростить внутрисистемные сообщения посредством замены существующего физического уровня передачи существующих шин и мостов, а также снизить количество узких мест и задержек. При всех этих достоинствах HyperTransport характеризуется также малым числом выводов (low pin counts) и низкой стоимостью внедрения. HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины, допуская ширину от 2 до 32 бит в каждом направлении (Таблица 3), кроме того, она позволяет передавать асимметричные потоки данных к периферийным устройствам и от них.

Рис. 3 "Топология шины HyperTransport"



HyperTransport v3 применяется в таких процессорах как: новое поколение AMD K8 и все K10, Turion 64 X2/Phenom/Phenom II.

Табл.3 Версии HyperTransport

Версия	Год	Максимальная частота	Максимальная ширина	Пиковая пропускная способность (в оба направления)
1.0	2001	800 МГц	32 бит	12,8 Гбайт/c
1.1	2002	800 МГц	32 бит	12,8 Гбайт/c
2.0	2004	1,4 ГГц	32 бит	22,4 Гбайт/c
3.0	2006	2,6 ГГц	32 бит	41,6 Гбайт/c
3.1	2008	3,2 ГГц	32 бит	51,6 Гбайт/c

3.1.5 InfiniBand

Infiniband - высокоскоростная коммутируемая последовательная шина, применяющаяся как для внутренних (внутрисистемных), так и для межсистемных соединений.

Порты InfiniBand (коммутатор Voltaire ISR-6000)

Подобно PCI Express, Infiniband использует двунаправленную последовательную шину. Базовая скорость - 2,5 Гбит/с в каждом направлении, применяются порты, состоящие из групп в 1x, 4x и 12x базовых двунаправленных шин (англ. lanes). Существуют режимы Single Data Rate (SDR) - работа с базовой скоростью, Double Data Rate (DDR) - битовая скорость равна удвоенной базовой и Quad Data Rate (QDR) - соответственно, утчетверенной. В настоящий момент применяются, чаще всего порты 4x DDR. Основное назначение Infiniband - межсерверные соединения, в том числе и для организации RDMA (Remote Direct Memory Access). Пропускная способность приведена в таблице 4.



Табл.4 Пропускная способность интерфейса Infiniband, raw / data

	SDR	DDR	QDR
1X	2,5 / 2 Гбит/с	5 / 4 Гбит/с	10 / 8 Гбит/с
4X	10 / 8 Гбит/с	20 / 16 Гбит/с	40 / 32 Гбит/с
12X	30 / 24 Гбит/с	60 / 48 Гбит/с	120 / 96 Гбит/с

Infiniband используется следующими протоколами и API:

RDMA (англ. Remote Direct Memory Access) - группа протоколов удалённого прямого доступа к памяти, при котором передача данных из памяти одного компьютера в память другого компьютера происходит без участия операционной системы, при этом исключается участие CPU в обработке кода переноса и необходимость пересылки данных из памяти приложения в буферную область ОС, то есть данные пересылаются напрямую на соответствующий сетевой контроллер.

uDAPL (англ. User Direct Access Programming Library) - библиотека API для абстрактного транспорта прямого доступа (англ. Direct Access Transport, DAT). uDAPL (и другие API - в частности kDAPL - kernel DAPL) разрабатывается и поддерживается организацией DAT Collaborative.

IPoIB (IP over Infiniband) - группа протоколов, описывающих передачу IP-пакетов поверх Infiniband:

RFC 4390 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) over InfiniBand

RFC 4391 Transmission of IP over InfiniBand (IPoIB)

RFC 4392 IP over InfiniBand (IPoIB) Architecture

SRP (англ. SCSI RDMA Protocol) - протокол обмена данными между SCSI-устройствами с использованием RDMA.

DDP (англ. Direct Data Placement): RFC 4296 The Architecture of Direct Data Placement (DDP) and Remote Direct Memory Access (RDMA) on Internet Protocols

SDP (англ. Socket Direct Protocol) - протокол установления виртуальных соединений и обмена данными между сокетами поверх Infiniband, передача данных не использует TCP стек ОС, однако использует IP-адреса и может использовать IPoIB для их разрешения.

Тесты производителей показывают пропускную способность на уровне MPI около 800 МБ/сек и время задержки 1-7 мкс.

Топология: коммутируемая с использованием Fat Tree для больших конфигураций, существующие коммутаторы поддерживают большое количество портов.

Программное обеспечение: драйверы от производителей аппаратных средств, различные библиотеки MPI как коммерческие так и открытые.

Корпорацией Oracle Corporation был разработан специальный протокол RDS, ориентированный на работу с этой шиной.

Шина InfiniBand имеет архитектуру приведенную на рисунке 4.

Рис. 4 "Архитектура InfiniBand"

3.2 Внешние шины

3.2.1 USB

USB (англ. Universal Serial Bus - "универсальная последовательная шина") - последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике.

Кабель USB состоит из 4 медных проводников - 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре, и заземленной оплётки/экрана.

Шина строго ориентирована, имеет понятие "главное устройство" (хост, он же USB контроллер, обычно встроен в микросхему южного моста на материнской плате) и "периферийные устройства". Шина имеет древовидную топологию, поскольку периферийным устройством может быть разветвитель (hub), в свою очередь имеющий несколько нисходящих разъемов "от хоста". Соединение 2 компьютеров - или 2 периферийных устройств - пассивным USB кабелем невозможно. Существуют активные USB кабели для соединения 2 компьютеров, но они включают в себя сложную электронику, эмулирующую Ethernet адаптер, и требуют установки драйверов с обеих сторон.

Устройства могут быть запитаны от шины, но могут и требовать внешний источник питания. Поддерживается и дежурный режим для устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и включением по команде с шины.

USB поддерживает "горячее" подключение и отключение устройств. Это достигнуто увеличенной длиной заземляющего контакта разъёма по отношению к сигнальным. При подключении разъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты, потенциалы корпусов двух устройств становятся равны и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.

3.2.2 USB 2.0

Спецификация выпущена в апреле 2000 года. USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима Hi-speed.

Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:

Low-speed, 10-1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатуры, мыши, джойстика)

Full-speed, 0,5-12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)

Hi-speed, 25-480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации).

3.2.3 USB 3.0

Новый стандарт на порядок превосходит предел в 480 Мбит/с для USB 2.0, устанавливая планку теоретической максимальной скорости передачи данных на отметке в 4.8 Гбит/с. Естественно, стоит отдавать себе отчет в том, что реальная производительность будет несколько ниже заявленной. К тому же контроллеры USB 3.0 пока еще несовершенны, и вряд ли при коммерческом старте потенциал технологии будет реализован полностью. Тем не менее, существующие уже сегодня образцы достигают отменных скоростных характеристик. Например, 27 Гб HD фильм копируется на скорости 3.2 Гбит/с чуть более чем за минуту, тогда как с USB 2.0 при прочих равных условиях необходимо 15 минут.

В отличие от предыдущих реализаций интерфейса, в которых поддерживалась лишь одна операция единовременно, USB 3.0 может производить чтение и запись данных в двух направлениях независимо. Это было достигнуто добавлением по паре выделенных SuperSpeed линий как для передачи, так и для приема данных. Таким образом, общее число каналов возросло с четырех у USB 2.0 до девяти, если считать отдельную землю USB 3.0.

Кроме того, был усовершенствован и протокол работы Universal Serial Bus. Хотя понятия "хост" и "клиент" остались, отныне общение между контроллерами происходит на более интеллектуальном уровне. Если раньше хост в ожидании начала передачи данных мог постоянно посылать нескончаемые запросы клиенту, теперь происходит ожидание специального сигнала на начало процесса от самого подключенного устройства.

Новая сигнальная схема, упомянутая выше, предполагает так же и то, что при отсутствии активности клиентских устройств, контроллер больше не будет, посылая запросы на поиск необходимого для передачи трафика, расходовать лишнюю энергию. Также было снижено минимально возможное для работы напряжение с 4.4 В до 4.0 В. С другой стороны, с 500 мА до 900 мА был поднят порог максимально допустимого тока, пропускаемого шиной, что должно расширить круг поддерживаемой периферии и дать возможность определенным классам устройств отказаться от внешнего питания. В качестве бонуса можно ожидать и более быструю зарядку мобильных устройств, аккумуляторы которых получают энергию по USB.

Имеющиеся сегодня устройства, предназначенные для стандарта USB 2.0, будут без проблем функционировать с контроллерами для 3.0 и наоборот. Конечно, для достижения высоких скоростей передачи данных потребуется использование не только соответствующего контроллера, но и подходящего устройства вместе с удовлетворяющим спецификациям кабелем. Подключение же 2.0 устройства в порт 3.0, или 3.0 устройства в 2.0 порт, обеспечит стандартную для USB второго поколения производительность.

С самого начала разработки ставилась цель сохранения обратной совместимости интерфейса со своим предшественником, и потому сам разъем физически не претерпел серьезных изменений - форма и контакты, необходимые для USB 2.0, сохранены на старых местах. Новые, поддерживающие коннект на SuperSpeed скорости линии выведены так, чтобы соприкасаться с контактными площадками только при подключении по USB 3.0

Для того чтобы разнести контакты разных версий USB на безопасное расстояние, потребовалось несколько удлинить коннекторы и разъемы. Также из-за увеличившегося числа проводов толщина USB 3.0 кабеля будет сравнима с Ethernet шнуром.



3.2.4 SATA

SATA (англ. Serial ATA) - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE).

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, упрощается разводка проводов внутри системного блока.

SATA-кабель за счёт своей формы более устойчив к многократному подключению. Питающий шнур SATA также 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.

Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства на шлейф; каждому устройству полагается отдельный кабель, что снимает проблему невозможности одновременной работы устройств, находящихся на одном кабеле (и возникавших отсюда задержек), уменьшает возможные проблемы при сборке (проблема конфликта Slave/Master устройств для SATA отсутствует), устраняет возможность ошибок при использовании нетерминированных PATA-шлейфов.

Стандарт SATA поддерживает функцию очереди команд (NCQ, начиная с SATA Revision 2.x). Стандарт SATA предусматривает горячую замену активного устройства. Стоит отметить, что операционные системы младше Windows Vista, а также Mac OS X и Linux 2-3 летней давности не поддерживают Advanced Host Controller Interface (AHCI) без специальных драйверов. А именно AHCI обеспечивает работу NCQ и горячего подключения. Интерфейс SATA имеет два канала передачи данных, от контроллера к устройству и от устройства к контроллеру. Для передачи сигнала используется технология LVDS, провода каждой пары являются экранированными витыми парами.

3.2.5 SATA Revision 2.x

Стандарт SATA/300 работает на частоте 3 ГГц, обеспечивает пропускную способность до 2,4 Гбит/с (300 МБ/с). Часто стандарт SATA/300 называют SATA II или SATA 2.0. Теоретически устройства SATA/150 и SATA/300 должны быть совместимы (как контроллер SATA/300 с устройством SATA/150, так и контроллер SATA/150 с устройством SATA/300) за счёт поддержки согласования скоростей (в меньшую сторону), однако для некоторых устройств и контроллеров требуется ручное выставление режима работы.

компьютерный системный шина интерфейс

3.2.6 SATA Revision 3.x

Два основных изменения, произошедших в третьем поколении интерфейса, - это увеличенная до 6 Гб/с пропускная способность и расширенные возможности NCQ.

Первое обновление не будет востребовано даже жесткими дисками последнего поколения, поскольку на сегодняшний день они не обеспечивают скоростей линейного чтения, превышающих 150-160 МБ/с, однако для SSD это вполне актуально.

Наибольшее значение для традиционных накопителей будет иметь функция постоянной передачи данных. Тяжело нагруженный HDD, читающий и записывающий информацию в несколько потоков (довольно распространенная в домашних ПК ситуация в свете развития файлообменных сетей), зачастую не способен обеспечить устойчивую скорость чтения для комфортного просмотра видео или прослушивания аудио. SATA 3.0 предусматривает возможность активации своеобразного аналога службы Quality of Service в сетевых протоколах: за приложением резервируется максимальный приоритет, и запрашиваемые им данные всегда считываются в первую очередь и непрерывным потоком.



Заключение

В работе рассматриваются различные виды охлаждения компьютерных систем, начиная от самого простейшего - воздушного и заканчивая самым дорогим видом охлаждения, водяным.

При выборе системы охлаждения можно пойти несколькими путями: во-первых, внедрение новых процессорных архитектур, технологических процессов позволяет снизить тепловыделение, но при появлении старших процессоров семейства это преимущество теряется. Существует второй путь - усовершенствовать системы охлаждения. Именно в этом направлении сейчас идет большинство производителей.

На мой взгляд самая достойная система охлаждения это воздушная, она проста в установке и не требует обслуживания, кроме замены термопасты, подойдет любому пользователю, также ее плюсом является то, что при слабых мощностях компьютеров можно использовать пассивную, воздушную систему охлаждения, что полностью избавит конечного потребителя от шума вентиляторов но воздушное охлаждение обладает рядом недостатков. В первую очередь это уровень шума. Чем больше мы добавляем вентиляторов в систему, тем выше уровень шума. Второй недостаток - приток внешней пыли.

Самой эффективной системой охлаждения я бы признал воздушную, так как на фоне остальных систем она самая дешевая. И со своими обязанностями справляется хорошо, остальные системы - это удел энтузиастов, стремящихся к разгону.



Список используемой литературы

1. Яшин В.Н. Информатика аппаратных средств персонального компьютера [Текст]:/ учебник для высшего образования / В.Н.Яшин. - М.: Издательский центр "Академия", 2008.-345 с.

2. Барановская Т.П. Информационная система и технологии [Текст]:/ учебник для студентов высшего учебного заведения / Т.П.Барановская - М.: Финансы и статистика 2012-413с. Тираж 5123 экземпляров.

3. Айден К. Энциклопедия аппаратных ресурсов персональных компьютеров [Текст]:/ учебник для школ и других высших заведений / К. Айден, Х. Фибельман, М.Кремер - М.: Финансы и статистика 2009-608с. ISBN: 5-7791-0072-1.

4. Мушкетов Р.С. Обзор возможных неисправностей ПК [Текст]:/учебник для среднего профессионального образования / Р.С. Мушкетов - М.: Издательский центр "Экономисть" 2010-248с.

5. Платонов Ю.М, Уткин Ю. Г. Диагностика, ремонт и профилактика персональных компьютеров [Текст]:/ учебник для высшего образования/ Ю.М. Платонов Ю. Г. Уткин - М.: Издательский центр "Колос" 2009-351с.

6. Чистяков В. Д. Анатомия ПК [Текст]:/ учебник для школ и других высших заведений / В. Д. Чистяков - М.: Издательский центр "БГУ" 2011-160с.

7. Коллектив О.А. Улучшение охлаждения современных (и не очень) видеокарт своими руками [Текст]:/ учебник / О.А. Коллектив - М.: Издательский центр "Золотые руки" 2009-234с.

8. Грошев А.С. Информатика: Учебник для вузов [Текст]:/ учебник для вузов / А.С. Грошев - М.: Издательский центр " Архангельский государственный технический университет" 2010-468с. ISBN: 978-5-261-00480-6

9. Платонов Ю.М. Диагностика, ремонт и профилактика персональных компьютеров [Текст]:/ учебник / Ю.М.Платонов Ю.Г. Уткин - М.: Издательский центр "Горячая линия - Телеком" 2008-312с. ISBN: 5-93517-064-7

10. Ватаманюк А. Апгрейд, ремонт и обслуживание компьютера [Текст]:/ учебник для модернизации и ремонта компьютера / А. Ватаманюк - М.: Издательский центр " Питер" 2008-240с. ISBN: 978-5-388-00158-0

11. Леонтьев Б. Внутри Вашего ПК [Текст]:/ учебник для изучения компьютера / Б. Леонтьев - М.: Издательский центр " Мушкетов" 2009-356с.

12. Поворознюк А. И. Архитектура компьютеров. Архитектура микропроцессорного ядра и системных устройств [Текст]:/ учебник для изучения компьютера / А. И. Поворознюк - М.: Издательский центр " Торнадо" 2013-355с. ISBN: 966-635-542-6.

13. Кондукова Екатерина. Аппаратные средства PC [Текст]:/ учебник для изучения компьютера самостоятельно / Кондукова Екатерина - М.: Издательский центр " BHV" 2010-800с. ISBN: 978-5-9775-0432-4.

14. Соломенчук В. Аппаратные средства персональных компьютеров [Текст]:/ учебник для изучения компьютера самостоятельно / В.Соломенчук - М.: Издательский центр " Книжный дом" 2010-448с.

15. Ивасенко А.Г. Информационные технологии [Текст]:/учебное пособие для студентов высшего учебного заведения / А.Г. Ивасенко - М.: Издательский центр" Кнорус" 2012-160с.

16. Гаврилов М.В. Информатика и информационные технологии [Текст]:/ учебник для студентов высшего учебного заведения/М.В.Гаврилов - М.: Издательский центр" Гардарики" 2013-655с.

17. Волков В. Б. Макарова Н. В.Информатика [Текст]:/учебник для вузов / В. Б. Волков Н. В Макарова - М.: Издательский центр" Питер" 2011-576с.

18. Егоров А. Учимся смазывать куллер [Текст]:/ учебник для самостоятельного обучения / А.Егоров -М.: Издательский центр" Алексей Егоров" 2009-167с.

19. Ватаманюк А.И. Ремонт, апгрейд и обслуживание компьютера [Текст]:/ учебник для самостоятельного обучения / А.И. Ватаманюк -М.: Издательский центр" Питер" 2011-272с.

20. Бигелоу С.Устройство и ремонт персонального компьютера [Текст]:/ учебник для самостоятельного обучения / С.Бигелоу -М.: Издательский центр" Бином" 2009-979с.

Размещено на Allbest.ru