Autobuz (IT)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Exemplu de conexiune magistrală sau paralelă (panglici albastre) între două plăci electronice

Autobuzul (dintr-o contracție a omnibusului latin [1] ), în electronică și informatică , este un canal de comunicație care permite perifericelor și componentelor unui sistem electronic să se interfețe între ele prin schimbul de informații sau date de sistem prin transmisie și recepție de semnale .

Caracteristici

Spre deosebire de conexiunile punct-la-punct , o singură magistrală poate conecta mai multe dispozitive împreună. În practică, este canalul de transfer cu care comunică componentele unui computer electronic . Conexiunile electrice ale autobuzului se pot face direct pe circuitul tipărit sau printr-un cablu special. Cu toate acestea, autobuzele pot fi de două tipuri: seriale sau paralele. O magistrală este de tip paralel atunci când adoptă o transmisie paralelă . Autobuzele ISA , PCI și AGP sunt de acest tip. Un autobuz, pe de altă parte, este serial dacă adoptă o transmisie serial . Exemple de autobuze seriale sunt: SPI , I²C , SATA , PCI Express , USB , LonWorks , Konnex , PROFIBUS , CAN , LIN .

În principal, există două tipuri de magistrale într-un procesor electronic: magistrala internă sau FSB (magistrala laterală frontală) și magistrala externă (magistrala de expansiune, USB etc.). Pot exista, de asemenea, variante hibride, cum ar fi porturile eSATA cu prize externe.

Progresul tehnologiei pare să prefere transmisia în serie decât transmisia în paralel, care a căzut parțial în uz pe autobuzele externe, care uneori suferă de dimensiuni mai mari și adesea costuri chiar mai mari, în timp ce în autobuzele interne este utilizat pe scară largă, de exemplu în Magistrală PCI Express 4.0 care folosește o schemă hibridă cu un paralelism de 128 biți (128 linii numai pentru datele principale). La nivelul conexiunii și numărând liniile de gestionare și de alimentare totalul crește, astfel încât deja un PCI Express x16 are 82 de pini.

Principiile de funcționare

În fiecare tranzacție din autobuz:

  • un dispozitiv preia controlul autobuzului;
  • trimite o cerere (I / O) către un al doilea dispozitiv;
  • odată ce cererea a fost făcută, autobuzul este eliberat pentru o altă comunicare.

Rolul unui dispozitiv se poate schimba în timp; un dispozitiv poate acționa ca stăpân sau sclav în contexte diferite. Standardul care definește autobuzul trebuie să furnizeze regulile pentru a gestiona aceste condiții sau a le interzice. Există două mecanisme diferite de sincronizare a semnalului:

  • Protocol sincron: există un semnal de sincronizare (ceas) care permite gestionarea sincronizării comunicațiilor.
  • Protocol asincron: toată sincronizarea comunicării este gestionată de protocolul însuși prin schimbul de mesaje.

Alegerea depinde de:

  • Interfața dispozitivului;
  • adaptați interfețele cu viteze diferite;
  • timpul total necesar transferului;
  • posibilitatea de a detecta erori;
  • O schemă complet asincronă este fiabilă și flexibilă, dar interfețele și logica de control sunt mult mai complicate de implementat.

Auzim adesea în câmpul hardware al vitezei ( lățimii de bandă ) a FSB , un acronim care înseamnă Front Side Bus și identifică magistrala internă a plăcii de bază a cazului specific arhitecturii Intel, care a desemnat interconectarea dintre ALU sau CPU cu Northbridge sau hub-uri cu o interfață de gestionare pentru RAM, spre deosebire de BSB (autobuzul din spate) care conectează CPU la cache-ul L2 la frecvență maximă (adică la aceeași viteză de lucru ca CPU). FSB a fost înlocuit de HyperTransport împrumutat de la PowerPC G5 și apoi de AMD către socket-uri bazate pe Intel, dar și de canalul DMI și de sistemele UPI, CSI și QPI. În general vorbind, FSB poate fi înțeles ca canalul care conectează CPU-ul la RAM la o frecvență mai mare decât celelalte autobuze ale plăcii principale și cu privire la autobuzele externe și de interconectare. AMD folosește, de asemenea, tehnologii LDT echivalente.

Mod conexiune

  • Stea, în care fiecare nod al rețelei este conectat la ceilalți care trec prin unul sau mai multe concentratoare, numite hub-uri , și există o singură cale care conectează un nod la altul. Fiecare nod are o singură ramură, conectată la un hub, în ​​timp ce hub-urile au cel puțin două ramuri care se conectează la alte noduri și alte hub-uri.
  • Daisy-chain , în care nodurile sunt conectate unul după altul și, prin urmare, fiecare nod are două ramuri (conexiuni), cu excepția celor 2 noduri plasate la capete.
  • Inel , similar rețelei de lanțuri în care punctele extreme sunt, de asemenea, conectate între ele, creând astfel un inel.

Autobuz sistem

Magistrala de sistem, prezentă în toate microcomputerele, constă din una sau mai multe piste de cupru pe placa de bază (de obicei de la 4 la sute, în funcție de tipul de computer și de implementarea SoC sau a plăcii de bază) și este echipată cu conectori separați la intervale regulate pentru inserarea modulelor de memorie și I / O. Este o serie de conexiuni electrice, fiecare dintre ele putând transmite succesiv cifre binare (0 sau 1), al căror set (care poate sau nu poate fi interpretat ca o valoare numerică) este interpretat de diferitele componente ale sistemului conform la protocoale prestabilite. O magistrală care conectează două componente aparținând aceleiași plăci integrate este numită magistrală internă (magistrală internă) (de obicei proprietarul), dacă conectează două componente generice se spune magistrala externă (magistrală externă). Dacă există o singură magistrală externă, se spune magistrala de sistem (magistrala de sistem).

Autobuzul de sistem este împărțit în trei autobuze mai mici:

  • magistrala de date
  • adresa autobuzului
  • autobuz de control

Motivul pentru care computerele au, în general, o singură magistrală este simplu: arhitectura multi-magistrală, propusă teoretic în zorii informaticii de către arhitectura Harvard în 1943 , nu este practic fezabilă, având în vedere numărul foarte mare de conexiuni care ar fi necesare.

Autobuz de date pentru toate tipurile

Este autobuzul pe care trece informația. Poate fi folosit de toate componentele sistemului, atât în ​​scris, cât și în citire. Este bidirecțională (permite trecerea datelor în mai multe direcții în același timp).

Adresă autobuz

Este magistrala (unidirecțională) prin care CPU decide în ce adresă să scrie sau să citească informații; atât celulele de memorie ( RAM ), cât și perifericele I / O (intrare / ieșire) sunt de fapt împărțite în zone și porți, fiecare dintre ele având o adresă dată. Memoria este de obicei împărțită în segmente, decalaje, pagini și locații interne sau inter-pagini. După comunicarea adresei prin acest autobuz, scrierea sau citirea se face în mod normal prin intermediul autobuzului de date. Autobuzul de adresă poate fi utilizat în scris de către CPU și, de asemenea, în citirea de către celelalte componente, prin utilizarea DMA controlat doar parțial de CPU și apoi de DMAC (controler DMA), de asemenea, într-un mod bidirecțional, pentru a da acces pe discuri, plăci grafice și orice alte resurse.

Aceste caracteristici pot fi însoțite de prezența unui suport paralel pentru paginarea RAM, care constă de obicei din una sau mai multe unități MMU pentru paginare sau pentru sistem hibrid cu segmentare și paginare.

Autobuz de control

Autobuzul de control este un set de legături al căror scop este de a coordona activitățile sistemului; prin intermediul acestuia, CPU poate decide ce componentă trebuie să scrie pe magistrala de date la un moment dat, ce adresă să citească pe magistrala de adrese, ce celule de memorie trebuie scrise și care trebuie citite etc. De fapt, memoria și toate celelalte componente comunică cu CPU printr-o singură magistrală partajată; aceasta înseamnă că fără un control de către CPU ar exista conflicte și coliziuni .

Pentru a facilita și eficientiza diferitele procese pe autobuze, de regulă, cel puțin pe computere destul de recente (în trecut nu era o regulă fixă), se utilizează mecanisme de control suplimentare, cum ar fi întreruperile hardware (IRQ, dar nu și NMI) , care au o funcție diferită) și software (int xx, syscall) și, mai presus de toate, firmware și dispozitive de control, cum ar fi DMA (Direct Memory Access), scheme PIO, gestionarea PIC-urilor în cascadă.

Tipuri de autobuze de date

magistrala de date este utilizată pentru schimbul de informații între diferitele dispozitive. Este bidirecțională, deoarece trimiterea de date nu aparține doar procesorului și este împărțită:

ISA (Bus standard de arhitectură industrială)

Evoluția magistralei PC și a magistralei PC / AT utilizate în primele computere (8086, 80286). Dezvoltat de un consorțiu spre deosebire de IBM Microchannel. Conține 64 + 36 de linii:

  • 20 + 4 linii de adresă
  • 8 + 8 linii de date

Sincron tactat la 8,33 MHz. Extensie pe 32 biți: EISA

Zorro

Autobuz de expansiune dezvoltat pentru computerele Commodore Amiga . Există trei versiuni ale acestui autobuz, primele două au fost pe 16 biți, a treia a fost pe 32 de biți. Acest autobuz a fost dotat în mod nativ cu funcția Plug and Play de la prima versiune datând din 1985 . Este o magistrală paralelă care funcționează sincron, dar în cea de-a treia revizie ar putea funcționa și asincron, făcând comunicațiile mai eficiente, dar în același timp făcând cardurile de expansiune mai scumpe și mai dificil de proiectat.

PCI (magistrală de interconectare a componentelor periferice)

Magistrală sistem PC, (dar și Apple, Sun), dezvoltată de Intel în 1992 (înlocuind magistrala ISA). Există în diferite versiuni: PCI, PCI 2.0, PCI 2.1, PCI 2.2, PCI-X, PCI-X DDR. 32 - 64, linii de adresă de date PCI-E (suprapuse) (multiplexate) Ceas la 33 - 66 - 133 - 266 MHz. Alimentare 5 - 3,3 Volți . Transferul care are loc printr-o magistrală PCI este o „explozie”, constând dintr-o fază de adresare și una sau mai multe faze de date, cu o latență scăzută și un randament ridicat (debit).

USB (Universal Serial Bus)

Autobuz pentru conectarea perifericelor (obiectiv), dezvoltat în 1995 de un consorțiu: (Compaq, HP, Intel, Lucent, Microsoft, Nec, Philips). Caracteristici: flexibilitate, simplitate; o singură magistrală pentru multe periferice; nu sunt necesare dispozitive de control și porturi dedicate; ușor de extins; economic și cu posibilitate de conectare la cald; acceptă dispozitive în timp real (audio - telefon).

Cablul este format din 4 fire: masă, sursă de alimentare (5V), Data +, Data-.

Frecvență:

  • USB 1.0: 1,5 Mbit / s;
  • USB 1.1: 12 Mbit / s;
  • USB 2.0: 480 Mbit / s;
  • USB 3.0: 4,8 Gbit / s.

Interfață de sistem de computer mic ( SCSI )

Conexiune pentru dispozitive interne sau externe la computer: hard diskuri (discuri SCSI), dar și CD - DVD - unități de bandă - imprimante - scanere.

  • versiuni: SASI ('79), SCSI-1, SCSI-2, Fast SCSI-2, Fast & wide SCSI-2, SCSI-3 Ultra.
  • frecvențe: 5 - 10 - 20 - 40 - 80 - 160 MHz
  • linii de date: 8 - 16 linii
  • lățime de bandă 5 - 320 MB / sec

Conectează până la 7-15 controlere (unități) și maximum 2048 de periferice per controler. Conexiune în cascadă, cu terminator. Simplu și ieftin. O parte din logica delegată controlerelor. 50 fire - 25 împământare pentru a elimina perturbările (8 date - 1 paritate - 9 control - 7 surse de alimentare și utilizări viitoare). Asincron: cu protocol de strângere a mâinii. Arbitraj descentralizat: utilizarea liniilor de date, prioritate prestabilită.
Magistrala SCSI este o magistrală paralelă, în timp ce o extensie a acesteia, Serial Attached SCSI (SAS), este de tip serial.

FireWire (IEEE 1394)

Are multe asemănări cu USB: magistrală serială cu sursă de alimentare (60 W), dezvoltată de un consorțiu de companii (1984 - Apple, 1995 Standard, dar cu Redevențe); posibilitatea conexiunii la cald, mecanisme de identificare, structura arborelui.

Diferențe între FireWire și USB:

  • Performanță și costuri mai ridicate: destinate perifericelor rapide.
  • Diferențe în protocoale: Comunicațiile nu pornesc neapărat de la Root.
  • Nu are nevoie de un calculator de referință (Root Hub).
  • Unele protocoale sunt similare cu cele ale magistralei SCSI.

Portul FireWire are două tipuri de standarde care diferă în esență în ceea ce privește viteza și numărul de conductori cu pini care poartă date. Aceste standarde, stabilite de Institutul de Inginerie Electrică și Electronică (IEEE), sunt IEEE 1394a și IEEE 1394b .

IEEE 1394a poate avea de la 4 la 6 conductoare și o viteză de comunicație care nu depășește 400 Mbit / s.

IEEE 1394b poate avea 9 conductoare și o viteză de comunicație care nu depășește 800 Mbit / s.

Este important să știți că ambele cabluri nu pot depăși 4,5 m

Număr mic de pini

Este o magistrală internă proiectată de Intel pentru a evita utilizarea ISA învechită pentru a conecta cipul southbridge la Super I / O din plăcile de bază și astfel reduce atât numărul de pini folosiți (de aici și numele), cât și numărul de piese de cupru. placă de circuit imprimat.

PCI-X

PCI-X este o evoluție a PCI. A fost dezvoltat de același consorțiu care a dezvoltat PCI și oferă lățime de bandă de până la 4 GByte . În ciuda performanțelor mult mai mari decât PCI, acesta este compatibil cu dispozitivele periferice PCI și, prin urmare, permite refolosirea cardurilor PCI.

PCI Express

PCI Express este succesorul (serial) al magistralei de expansiune PCI (paralel) și a înlocuit magistrala AGP utilizată anterior pentru plăcile grafice.

Numit PCI-Express, este de obicei prescurtat în PCIe sau PCIx (nu trebuie confundat cu PCI-X găsit în multe plăci de bază aflate în prezent pe piață). Arhitectura este complet diferită de clasica magistrală PCI.

Funcția sa serială ajută la simplificarea aspectului PCB al plăcilor de bază și constă dintr-un număr de canale. Aceste canale pot fi agregate în funcție de necesități, făcând sistemul foarte flexibil. Trupa disponibilă pentru fiecare canal (FULL DUPLEX) este dedicată și, prin urmare, nu este partajată cu ceilalți.

Un canal PCIe (numit x1) are o lățime de bandă disponibilă de 266 MB / s. Prin urmare, în plăcile video moderne care utilizează 16 canale PCIe, lățimea de bandă disponibilă este de aproximativ 4 GB / s (dublu față de magistrala AGP 8x).

Notă

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN (EN) sh85084805 · GND (DE) 4122982-4
Informatică Portal IT : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu IT