Belső sínek Külső bővítő sínek Egyéb vezérlő eszközök

Az előadások a következő témára: "Belső sínek Külső bővítő sínek Egyéb vezérlő eszközök"— Előadás másolata:

1 Belső sínek Külső bővítő sínek Egyéb vezérlő eszközök
Sínrendszerek Belső sínek Külső bővítő sínek Egyéb vezérlő eszközök

2 Meghatározás „A sínek azok a ragasztók, amelyek összetartják a számítógéprendszereket” „Közös elektronikus pálya” /Andrew S. Tannenbaum/ A sín a számítógép-architektúrákban a számítógép olyan része (alrendszere), amely lehetővé teszi adatok vagy feszültségek továbbítását számítógépen belül vagy számítógépek, illetve a számítógép és a perifériák között.

3

4 Kialakítás A sín (busz) logikailag több perifériát kapcsol össze, mely során ugyanazt a vezetékrendszert használja. Minden buszhoz számos csatlakozó tartozik, amelyek lehetővé teszik a kártyák, egységek vagy kábelek fizikai és elektromos csatlakoztatását.

5 Kapcsolat kialakítása
A kapcsolat kialakítása során meg kell határozni: Mely részegységek kapcsolódjanak össze (címzés) Az adat milyen irányban mozog a komponensek között (adó és vevő kiléte) Hogyan kell összehangolni a komponensek működését (szinkronizáció)

6 Sínrendszer felépítése
Címsín: eszközök címzését szolgálja, azok címét továbbítja rajta a processzor. Szélessége: 32 bit Adatsín: adatot küldi, vagy fogadja a processzor. Szélessége: többnyire 32 vagy 64 bit (ugyanennyi vezeték) Vezérlősín: a processzor a vezérlőjelek kiküldésére, vagy azok fogadására használja. A vezérlőjelek száma minimálisan

7 Kiterjedés szerinti osztályozás
Helyi sín (local bus) Rendszer sín (system bus) Memória sín (memory bus) Rendszerközi sín (intersystem bus)

8 Helyi sín (local bus) Egyedi kialakításúak (nincs rájuk szabvány)
Általában egy nyomtatott kártyán vagy egy lapkán belül helyezkednek el Belső jeleket továbbítanak, melyeknek a kártyán (lapkán) kívül nem használhatók Pl. északi vagy déli híd belső sínrendszere

9 Rendszer sín (system bus)
Fontos rendszer komponensek összeköttetésére szolgálnak Rendszerint szabványosak. A szabvány magába foglalja az elektromos és a mechanikai specifikációkat is (pl. az adat- és címvonalak számát, vezérlővonalak típusait és funkcióit, jelek feszültségszintjeit, csatlakozási lehetőségeket, időzítési viszonyok, stb.)

10 Memória sín (memory bus)
Az operatív tár és az északi híd közötti kapcsolat kialakításáért felelős Nem minden rendszerben különül el kifejezetten a rendszer síntől Bizonyos architektúrák esetén a memóriát direkt módon kapcsolja össze a processzorral Növeli a teljesítményt és az adatbiztonságot Hátránya: előállítási költségek magasabbak

11 Rendszerközi sín (intersystem bus)
Számítógéprendszereket köt össze Az összekötött rendszerek számítógép hálózatokat alkotnak Az áthidalt távolságtól és a kialakítástól függően lehet LAN, MAN stb.

12 Időzítés szerinti osztályozás
Szinkron sín (synchronous bus) Aszinkron sín (asynchronous bus)

13 Szinkron sín (synchronous bus)
Órajel segítségével, előre meghatározott sebességgel ütemezve történik az adatátvitel. Minden síntevékenység az órajel által biztosított sínciklus egész számú többszöröséig tart. Nincs kapcsolatfelvétel és visszaigazolás Abban az esetben használható hatékonyan, ha a kommunikációban résztvevő eszközök azonos sebességűek

14 Aszinkron sín (asynchronous bus)
Az események tetszőleges időpontban bekövetkezhetnek Nincs közös órajel (az összekapcsolódó eszközök csak saját órajellel rendelkezhetnek) A kapcsolat csak az adatátvitel idején áll fenn Szükség van a kapcsolatfelvételre, az adatok vételét vissza kell igazolni – ezt hívjuk mesterszinkronizációnak

15 Típus szerinti osztályozás
Párhuzamos sín (parallel bus) Soros sín (serial bus)

16 Párhuzamos sín (parallel bus)
Több csatlakozó helyezkedik el A csatlakozók közötti távolság változhat, az elektromos összeköttetés a csatlakozók között állandó A vezetékek száma lényegtelen, de az lényeges, hogy minden csatlakozóhoz ugyanannyi vezeték csatlakozik Egy időben egy szót visznek át a vezetékeken Példák: ISA, EISA, VESA, PCI

17 Soros sín (serial bus) Kevés csatlakozóval rendelkeznek
Bitről bitre továbbítják az adatokat Gyakran jóval gyorsabban dolgoznak, mint a párhuzamos sínek a kevés kapcsolódási pont ellenére Példák: PCI Express, USB

18 Teljesítményt befolyásoló tényezők
Átvitel sebessége (a sín ciklusideje) A sín órajele Bitszélesség (bitszám), azaz párhuzamosan hány biten megy az információtovábbítás Átviteli protokoll A sínen elhelyezkedő vezérlők száma

19 Belső sínek

20

21 Áttekintés

22 XT (Extended Technology)
Egyes szakirodalom ISA-nak nevezi Megjelenés éve: 1981 Az IBM által kifejlesztett rendszer sín 8 bites, szinkron sín, órajele: 5,33 MHz Az Intel 8086-os processzorával kapcsolódott, mely 8 bites adatsínnel rendelkezett 20 bites címsín, 220= 1MB címtartomány

23 AT (Advanced Technology)
Később ISA néven Industrial Standard Architecture 16 bites, aszinkron sín (8,33 MHz) 8 bites kártyákat is kezel 24 bites címsín, 224=16 MB címtartomány Átviteli sebessége: 8 MB/s Gyakorlatban: 4-6 MB/s

24 EISA Extended Industry Standard Application 32 bites, szinkron sín
Órajele: 8,33 MHz Átviteli sebessége: 33 MB/s (4B * 8,33MHz) ISA kompatibilis: 8, 16 bites kártyákhoz 32 bites címsín: 4 GB-os címtartomány Csatlakozója hasonló az ISA-hoz, de annál magasabb (kétoldalas, kétsoros)

25 VESA Video Electronics Standards Association 32 bites, szinkron sín
Órajele: 33 MHz Átviteli sebessége: 133MB/s, ami a felhasznált kártyák számával csökken Max 2-3 csatlakozóhelyet lehet kialakítani, melyek lefelé kompatibilisek A processzorhoz közelebb lévő eszköz nagyobb prioritással rendelkezik

26

27 PCI Peripherial Component Interconnect 32, 64 bites, szinkron sín
Órajele: 33, 66 MHz Átviteli seb.: MB/s (33 MHz) v2.1: MB/s (66 MHz) Teljesen elkülönül az ISA busztól 10 eszköz, ebből 5 ill. 6 kártyahely Plug and Play és Busmastering technológia

28 AGP (Accelerated Graphics Port)
Megjelenés éve: 1997 Intel fejlesztette ki 32 bites sín Órajele: 66 MHz Egy órajel ciklus alatt 1-8 adatot mozgat AGP 1x, AGP 2x, AGP 4x, AGP 8x Átvitel: 266 MB/s MB/s (2 GB/s) Közvetlenül képes elérni a memóriát és a processzort, a chipkészlettel (északi híd) kommunikál

29 PCI-Express (PCIe) PCI sínrendszer egyik utódja
A fizikai adatátvitel nagysebességű soros kapcsolaton keresztül történik Pont-pont összeköttetést biztosít a különböző készülékek között Egyéb jellemzői: alacsony fogyasztás energiatakarékossági funkciók támogatása bővítőkártyák működés közbeni csatlakoztatásának, cseréjének lehetősége

30 PCI és PCIe összehasonlítása
A PCI-nál az eszközök osztoznak a sínen, ami több eszköz esetén lassabb átvitelt eredményez A PCI Express-nél (a switch jóvoltából) minden eszköz úgy látja, mintha saját, külön sínnel rendelkezne

31 PCIe - Switch (link, lane)
Az eszközök egy switchen keresztül érik el a sínt Gondoskodik a pont-pont kapcsolatok létrehozásáról Vezérli a sín adatforgalmát

32 PCIe - Link A switch és az eszközök közötti kapcsolatokat nevezzük link-nek Minden link duál szimplex működésű: az adó és a vevő két, egyirányú csatornán keresztül továbbíthat adatot

33 PCIe - Lane Minden link egy vagy több lane-ből áll
Egy bit egyidejű átvitelét teszi lehetővé (2,5 Gb/s) A technológia által a lane-ek száma 1, 2, 4, 8, 12, 16, 32-re emelhető linkenként

34

35 PCIe v2.0 Megjelenés éve: 2007 Alap átviteli sebesség megkétszereződik 2,5 Gb/s-ről 5 Gb/s-ra A 16-szoros csatlakozó átvitele 16 GB/s! Nagy teljesítményű ( W) grafikus vezérlők támogatása További fejlesztések: átviteli sebesség dinamikus változtatásának lehetősége eszközök és a csatlakozók jobb kezelése

36

37 FSB (Front Side Bus) Magyarul: főoldali sín
A processzor teljes, külső adatmozgását végzi Fizikailag a központi egység és az északi híd között helyezkedik el Az alaplapon a legnagyobb sebességű adatmozgások rajta keresztül zajlanak A teljes szinkron működés eléréséhez a processzor órajel frekvenciáját az FSB órajelének többszörözésével állítják elő

38 LPC (Low Pin Count) Megjelenés éve: 1998
Intel fejlesztette ki (ISA alternatíva) Alacsony átviteli sebességű eszközöket köt össze a processzorral: Flash ROM (BIOS) Öröklött be- és kiviteli eszközök (Super I/O chip) Vezetékei a déli hídhoz csatlakoznak Csak 4 adatvonala van, mégis nagyobb az adatátviteli sebessége az ISA-nál mivel 33 MHz-en működik (8 helyett)

39 Super I/O chip Megjelenés éve: 1980
Integrált áramkörök azon csoportja, melyek az alábbi, alacsony átviteli sebességű eszközök be- és kimeneti vezérlőit tartalmazzák: Floppy meghajtó Párhuzamos port Soros port Egér és billentyűzet Joystick Az LPC sín által (kezdetben ISA) csatlakozik a déli hídhoz

40

41 Külső bővítő sínek

42 PCMCIA Personal Computer Memory Card International Association
Hordozható számítógépek bővítősínje Kezdetben 16 bit széles Mára 32 bites – CardBus néven ismert Hot Swap technológia Merevlemezes egységek,hálózati csatolók, modemeket, csatlakoztatására

43 PCMCIA méretek Bankkártya nagyságú Három típus:
I-es: legkisebb legkevésbé elterjedt II-es: közepes leginkább elterjedt III-as: legnagyobb leginkább merevlemezek csatlakoztatására A legtöbb notebook-on két darab II-es található

44 USB (Universal Serial Bus)
Univerzális soros sín Hot Swap technológia 4 érintkezője van Összeköttetés árnyékolt, négy eres kábelen, mely hossza nem lehet több 5 méternél A kábel áramot is szállít (kb. 10 eszköz) Saját tápegységgel rendelkező eszközök esetén maximálisan 127 darab csatlakoztatható

45 USB csatlakozó típusok

46 USB működése Az USB rendszer egy hierarchikusan kialakított fa struktúrájú, láncba fűzhető rendszer Középpontjában a PC áll, ami tartalmazza a fővezérlőt - Host Controller és a kiindulási pontot - Root Hub A Root Hub általában 2 db USB csatlakozót tartalmaz (alaplapon) Ehhez eszközök ill. Hub-ok illeszthetők

47 USB Host Controller és Hubok

48 USB verziók Az évek során, a technológia belső fejlődésével jöttek létre Külső változás nem történt Lefelé kompatibilitás a szűk keresztmetszet alapján Verziók és átviteli sebességek: USB v1.0: 1,5 Mb/s USB v1.1: 12 Mb/s USB v2.0: 480 Mb/s USB v3.0: 2009 végére (v2.0 tízszerese)

49 FireWire „Tüzes drót”, más néven IEEE 1394-es szabvány
Nagysebességű soros csat. Hot Swap technológia Apple Computers fejlesztette ki 1995-ben szabványosították Két változata ismert: 6 érintkezős: adattovábbítást és tápellátást is biztosít 4 érintkezős: külön tápellátást igényel az adott eszköz

50 FireWire kialakítása A kábel nem lehet hosszabb 5 méternél
Az eszközök láncba fűzhetők Maximálisan 63 eszköz Az eredeti szabvány 400 Mb/s sebességű adatátvitelt tesz lehetővé Az újabbak (rövid kábelen) 0,8 és 1,6 Gb/s-os átvitelt is elérnek Tipikus felhasználása: digitális videó kamera, DVD-író, merevlemez, stb.

51

52 Egyéb vezérlő eszközök

53 DMA (Direct Memory Access)
Magyarul: direkt memória hozzáférés PIO (Programmed I/O) üzemmódban az átvitelt a CPU vezérli (ami leterheli) DMA használatával a processzor nem vesz részt aktívan az adatátvitelben DMA átvitel a következők között történhet: memória – memória memória – periféria periféria – periféria

54 DMA működése A DMA vezérlő és a CPU egymással a sínrendszereken keresztül kapcsolódik A processzor egy I/O művelet végrehaj-tásához szükséges információkat átadja a DMA vezérlőnek, ami közvetlenül képes megvalósítani az adatátvitelt A processzor az átvitel közben más feladatokkal foglalkozhat A folyamat végeztével a DMA visszajelez a CPU-nak a tranzakció lebonyolításáról

55 PATA (Parallel ATA) ATA (Advanced Technology Attachment)
IDE/EIDE szabványok családjának neve Külső adathordozó, háttértár (elsősorban merevlemez) átvitelét biztosító sín Típusai és átviteli sebességek: ATA33: 33 Mb/s ATA66: 66 Mb/s ATA100: 100 Mb/s ATA133: 133 Mb/s Kábeleik: 40 és 80 eres

56 PATA működése Egy IDE/EIDE kábelre két eszköz csatlakoztatható
Ebben az esetben az egyik fogja végrehajtani a vezérlést, a másik eszköz az előbbinek aláveti magát Az eszközöket rangjuk szerint kell beállítani (jumper segítségével) Master (mester): kábel végén (fent) Slave (szolga): kábel közepén A kábel másik vége (lent) az alaplapi IDE/EIDE csatlakozóba kerül

57 SATA (Serial ATA) PATA továbbfejlesztése:
Pont-pont kapcsolat az eszközök között Vékonyabb kábel: 7-eres (4 adatér, 3 földelés) Egy kábelen egy eszköz Hot Swap technológia Típusai és átviteli sebességek SATA1: 150 MB/s SATA2: 300 MB/s SATA3: 2009 végére (600 MB/s)

58 SCSI Small Computer System Interface
Különálló bővítő sín, többnyire háttér-tárak csatlakoztatására (merevlemez, optikai meghajtók) A SCSI-eszközöket láncokba fűzik, mely a host adatper-hez csatlakozik A host adapter egy vezérlőkártya, amit a számítógéphez csatlakoztatnak (PCI-ba dugva)

59 SCSI működése Átviteli kábelek csatlakozóinak száma változó, legfeljebb 15 lehet. Maximális mérete 12 méter (verziófüggő) SCSI ID: 0-tól 15-ig terjedő egész szám, amit minden SCSI-láncba fűzött eszközön be kell állítani. Az eszközök prioritását határozza meg. (lásd: PATA esetén Master és Slave) A SCSI-lánc végét egy kis eszközzel le kell zárni

60 SCSI verziók 1981-től folyamatosan fejlesztik. Fontosabb szabványai (átvitelek): : SCSI-1 (1,5–5 MB/s) 1990: SCSI-2 (10 MB/s) 1992: SCSI-3 (20 MB/s) 1995: Ultra SCSI (40 MB/s) 1997: Ultra2 SCSI (80 MB/s) 1999: Ultra160 SCSI (160 MB/s) 2001: Ultra320 SCSI (320 MB/s) : Ultra640 SCSI (640 MB/s)