Počítače VII - sběrnice

Prezentace na téma: "Počítače VII - sběrnice"— Transkript prezentace:

1 Počítače VII - sběrnice
Centrum pro virtuální a moderní metody a formy vzdělávání na Obchodní akademii T.G. Masaryka, Kostelec nad Orlicí

2 Počítače VII – sběrnice
Škálovatelnost: CPU pro všechny aplikace s pomocí QPI Škálovatelnost architektury Core i7 je prostě unikátní a lze díky ní použít stejnou architekturu procesoru pro stolní počítače, servery i notebooky. Díky novému rozdělení vyrovnávacích pamětí a zavedení sběrnice QPI lze nyní do jednoho procesorového pouzdra umístit dvě, čtyři nebo i osm fyzických jader. Vysoká rychlost QPI navíc umožňuje použití více procesorových patic typu 1366 na jedné základní desce, přičemž komunikace mezi jednotlivými procesory probíhá po samostatných QPI kanálech. Core i7 lze tedy použít i ve dvouprocesorových pracovních stanicích, které se tak budou po uvedení modelů Core i7 s osmi fyzickými jádry moci pochlubit až 32 virtuálními procesory. Koncem roku 2009 začal Intel prodávat i levné varianty procesorů s architekturou Nehalem (Lynnfield, Havendale), ty používají patici LGA 1156 (tedy patici s 1156 piny).

3 Počítače VII – sběrnice

4 Počítače VII – sběrnice
Nejrychlejší verze sběrnice FSB, pracující na frekvenci 1600 MHz, má teoreticky také 12,8 GB/s, jenže v obou směrech dohromady. Po této sběrnici se navíc přenášejí data jak z/do operační paměti, tak k periferiím. U víceprocesorových systémů navíc jednotlivé procesory sdílí sběrnici FSB při vzájemné komunikaci:

5 Počítače VII – sběrnice
U QPI sběrnice je celková kapacita (propustnost) sběrnice k dispozici pouze pro periferie – operační paměti jsou řízeny řadičem integrovaným v procesoru, nezatěžují tedy spoj QPI. Navíc, spoj QPI je jeden z prvků stavebnice a tak může návrhář použít jeden, ale také více těchto spojů pro vzájemnou přímou komunikaci procesorů a komunikaci s čipovou sadou (obvod IOH). Na obrázku je patrné propojení jednotlivých částí u dvouprocesorového systému:

6 Počítače VII – sběrnice
Jelikož i obvod IOH obsahuje dvě QPI rozhraní, může buďto komunikovat se dvěma procesory současně, nebo na základní desce mohou být osazeny dva obvody IOH, jenž spolu komunikují prostřednictvím jednoho z QPI spojů. Každý ze dvou IOH pak komunikuje s jedním procesorem (a tyto dva procesory zase spolu skrze QPI). Taková konfigurace se hodí především do výkonných pracovních stanic, zejména takových, které je z důvodu požadavku na vysoký výkon v grafických aplikacích potřeba osadit větším množstvím grafických karet. Jsou-li na základní desce osazeny 2 obvody IOH, jižní most (ICH) se připojuje pouze k jednomu z nich. Připojuje se pomocí ESI (Enterprise Southbridge Interface), což je v podstatě jen DMI sběrnice přes PCI Express ×4. Toto řešení používají nové vícejádrové procesory architektury NEHALEM (Core i3, i5, i7) a nové vícejádrové procesory od AMD (Phenom, Opteron)

7 Počítače VII – sběrnice
Čipová sada s integrovaným obvodem IOH v procesoru (NB die) NB die (NorthBridge „je mrtvý“) - neboli, čipová sada neobsahuje obvod severního mostu. Jedná se o řešení procesorů architektury Nehalem řady Core i5 a i3. I u patice LGA 1156 je QPI stále přítomna, ovšem neopustí pouzdro procesoru Nové výkonné čtyřjádrové procesory této architektury mají ve své struktuře integrován celý severní most (IOH), tedy nejen řadič operační paměti (DDR3), ale také řadič grafické sběrnice PCI Express 2.0. Základní deska je pak osazena pouze jedním obvodem čipové sady, označovaným jako PCH (PCH = Platform Controller Hub). Tento čip je s procesorem spojen sběrnicí DMI (Direct Media Interface), neboli sběrnicí, kterou bývá u předchozích verzí čipových sad spojen severní a jižní most. Obvod PCH vykonává v podstatě funkci jižního mostu. Procesor pak zastává veškerou funkci severního mostu – komunikaci s grafickou kartou přes sběrnici PCI Express 2.0, komunikaci s operační pamětí a komunikaci s obvodem PCH.

8 Počítače VII – sběrnice
Čipová sada pro procesory AMD Opteron Čipová sada je obdobná jako u procesorů Intel architektury Nehalem. I zde se nachází na základní desce dva obvody – severní a jižní most. Místo point-to-point sběrnice QPI využívá AMD svou sběrnici HyperTransport (HT), která podobně jako u víceprocesorových systémů Intel zajišťuje propojení procesorů se severním mostem (resp. 2 severními mosty) a zároveň přímé propojení mezi jednotlivými procesory.

9 Počítače VII – sběrnice
ISA (sběrnice) Sběrnice ISA (Industry Standard Architecture) je počítačová sběrnice pro rozšiřující karty, která byla vyvinuta firmou IBM v roce 1981. Sběrnice ISA obsahovala adresovou část, která měla šířku 24 bitů a dokázala tedy adresovat až 16 MB paměti. Kromě paměti bylo možné obsluhovat maximálně vstupně/výstupních portů pomocí šestnáctibitové I/O sběrnice. Datová část sběrnice měla šířku 16 bitů. Blokový přenos dat byl na počátku řešen tak, že řízení sběrnice převzalo externí zařízení. Později se využilo čtyř až osmi DMA kanálů. Přenos dat probíhal přes synchronní protokol a oscilátor měl časovou základnu 70 ns, což odpovídá taktovací frekvenci 14,285 MHz. Postupem času však byla na trhu ISA používající jednu z 5 základních frekvencí - 4,77 MHz, 8 MHz, 10 MHz, 12 MHz a 16 MHz. V současné době se nové základní desky obsahující ISA sloty (fyzicky) nevyrábějí a operační systém Windows Vista je už standardně nepodporuje. Jeden 8bitový a pět 16bitových ISA slotů na základní desce

10 Počítače VII – sběrnice
Rok vytvoření: v polovině 1993 Vytvořil: Intel PCI (sběrnice) PCI (z anglického Peripheral Component Interconnect) nebo PCI Standard (v praxi se však téměř vždy zkracuje na PCI) je počítačová sběrnice pro připojení periferií k základní desce, která není omezená na platformu osobních počítačů PC. Používá paralelní přenos dat (šířka 32 nebo 64 bitů) a je orientovaná na přenos zpráv místo přímé komunikace (anglicky message passing). Od zbytku systému je oddělena pomocí PCI mostů, které zprostředkovávají komunikaci s připojenými kartami. V jednom počítači je jedna nebo i více nezávislých PCI sběrnic. Jejím prostřednictvím lze připojit následující periférie: Integrovaný obvod zabudovaný přímo do základní desky – označuje se jako planární zařízení rozšiřující karta, která se vsune do konektoru (soketu) sběrnice. Sběrnice PCI je běžná v moderních osobních počítačích, kde jako standardní rozšiřující sběrnice nahrazuje sběrnici ISA a VESA Local Bus, ale objevuje se také v mnoha jiných typech počítačů. Nízká propustnost PCI sběrnice vedla k vytvoření specializovaného portu AGP určeného pro grafické karty, který je rychlejší než PCI sběrnice a zároveň přinesl další vylepšení. PCI a AGP byly dlouhou dobu součástí většiny vyráběných základních desek pro PC. V současné době jsou PCI i AGP nahrazovány sběrnicí PCI Express, která používá sériový přenos.

11 Počítače VII – sběrnice
AGP (Accelerated Graphics Port) Accelerated Graphics Port (též Advanced Graphics Port), zkratka AGP, je vysokorychlostní „point-to-point“ kanál (nejde tedy o sběrnici v pravém slova smyslu) pro připojení grafické karty k základní desce počítače. Některé základní desky mají několik nezávislých AGP slotů. AGP je nahrazováno novějším rozhraním PCI Express. V dnešní době se na základních deskách slot AGP již nevyskytuje, až na výjimky, a je plně nahrazen slotem PCI Express již 2. generace. Intel představil první verzi AGP (nazvanou „AGP specification 1.0“) v roce 1997. Zahrnovala obě rychlosti 1× a 2×. Novější verze AGP zvýšily přenosovou rychlost z 2× na 8×. Tyto verze jsou: AGP 1×, používající ··32-bitový kanál běžící na 66 ··MHz umožňující maximální datový tok 266 ··MB/··s, zdvojnásobený z 133 ··MB/··s rychlosti sběrnice ··PCI 33 ··MHz / ··32-bitů; 3.3 ··V. AGP 2×, používající ··32-bitový kanál běžící na 66 ··MHz (double pumped) na efektivních 133 ··MHz umožňující maximální přenosovou rychlost 533 ··MB/··s; 3,3 ··V; AGP 4×, používající ··32-bitový kanál běžící na 66 ··MHz (quad pumped) na efektivních 266 ··MHz umožňující maximální přenosovou rychlost 1066 ··MB/··s (1 GB/s); 1,5 ··V; AGP 8×, používající ··32-bitový kanál běžící na 66 ··MHz (8 bitů za takt) na efektivních 533 ··MHz umožňující maximální přenosovou rychlost 2133 ··MB/··s (2 GB/s); 0,8 ··V.

12 Počítače VII – sběrnice
PCI-X (Peripheral Component Interconnect Extended) je v informatice standard počítačové sběrnice pro rozšiřující karty. Byla navržena jako zpětně kompatibilní náhrada sběrnice PCI 2.3, vůči které zdvojnásobuje šířku datové sběrnice, zvyšuje maximální frekvenci a upravuje komunikační protokol. Zpětná kompatibilita je zajištěna použitím stejné architektury, protokolu a konektorů. Sběrnice PCI-X nenahradila sběrnici PCI, protože se dostatečně nerozšířila. Nástupcem sběrnice PCI tak byla až sběrnice PCI-Express.

13 Počítače VII – sběrnice
PCI-Express V říjnu 2004 se PCI-Express (známá též jako 3GIO = 3rd Generation I/O) stává novým standardem pro osobní počítače. High-end grafické karty obou hlavních výrobců (ATI Technologies a nVidia) jsou pomalu a postupně předělávány z AGP na PCI-Express, což nakonec donutilo i ostatní firmy se přizpůsobit. V lednu 2008 se prodává většina grafických karet pro PCI-E, a to ve variantě pro PCI-E 16×. PCI-E 1× a 4× se zatím používají pouze pro zvukové karty, řadiče pevných disků a další zařízení, která nepotřebují takový výkon. Verze 2.0 této sběrnice zvyšuje přenosovou rychlost jedné linky z 250 MB/s na 500 MB/s. To znamená, že například u slotu s šestnácti linkami (PCI-E 16×) vzroste rychlost z 4 GB/s na 8 GB/s. Tato verze je zpětně i dopředně kompatibilní, můžete tedy karty s podporou PCI-Express 2 zapojit do základní desky, která obsahuje pouze podporu verze 1.1 a naopak. Díky tomu grafiky v zapojení SLI a CF (Crossfire) nejsou limitovány propustností slotu při režimu 8x. Propustnost PCI-E (2.0) je: 1× MB/s (obousměrný provoz 1 GB/s) - na obrázku prostřední (nejkratší) 4× - 2 GB/s (resp. 4 GB/s) - na obrázku nahoře 8× - 4 GB/s (obousměrně 8 GB/s) 16× - 8 GB/s (obousměrně 16 GB/s) - nejdelší 2 sloty na obrázku

14 Počítače VII – sběrnice
USB (typ A a B) konektory USB (Universal Serial Bus) USB (Universal Serial Bus) je univerzální sériová sběrnice. Moderní způsob připojení periférií k počítači. Nahrazuje dříve používané způsoby připojení (sériový a paralelní port, PS/2, GamePort apod.) pro běžné druhy periférií - tiskárny, myši, klávesnice, joysticky, fotoaparáty, modemy atd., ale i pro přenos dat z videokamer, čteček paměťových karet, MP3 přehrávačů, externích disků a externích vypalovacích mechanik. Plug and Play Výhodou je možnost připojování Plug & Play bez nutnosti restartování počítače nebo instalování ovladačů. Zařízení lze připojit za chodu k počítači a během několika sekund je přístupné. Při připojení nového zařízeni nejprve hub podle zdvižené datové linky pozná, že se objevilo nové zařízení. Ve verzi USB 1.1 existují pomalá (low-speed) zařízení s přenosovou rychlostí 1,5 Mb/s a rychlá zařízení (full-speed) s rychlostí 12 Mb/s. USB 2.0 (Hi-Speed) přišla v roce 2000 a nabídla maximální rychlost 480 Mbit/s, avšak zachovala zpětnou kompatibilitu s USB 1.1. Různé typy konektorů USB, zleva doprava: micro USB, mini USB, typ B, samice typ A, typ A, pro srovnání velikosti na obrázku s jedním rublem

15 Počítače VII – sběrnice
FireWire Alternativou USB je použití standardu IEEE 1394 neboli FireWire. V současné době jsou k dispozici dvě verze FireWire - původní označovaná dnes jako FireWire 400 neboli IEEE 1394a s rychlostí 400 Mbit/s a FireWire 800 neboli IEEE 1394b s rychlostí až 800 Mbit/s. FireWire na rozdíl od USB není tak hodně rozšířen. Ačkoli nominální rychlost FireWire 400 (400 Mbit/s) se zdá být nižší než u USB 2.0 (480 Mbit/s), v reálu FireWire dosahuje vyšších rychlostí přenosu dat než USB 2.0, zejména díky „režii“ přenosového protokolu. Dnes se FireWire používá tam, kde rychlost USB 2.0 nedostačuje - zejména na připojení digitálních videokamer, externích disků, v ojedinělých případech i na síťové spojení počítačů peer-to-peer (několikrát vyšší rychlost než 100Mbit Ethernet). 6- a 4pinové konektory FireWire400 Kabel FireWire 400 se šesti piny

16 Počítače VII – sběrnice
ATA Advanced Technology Attachment (ATA) je standardní počítačová sběrnice pro připojování zařízení k uchovávání dat, jako jsou pevné disky nebo CD-ROM. Pro standard existuje řada synonym nebo téměř synonym jako IDE nebo ATAPI. Po zavedení standardu Serial ATA byl původní ATA přejmenován na Paralellel ATA(PATA). ATA se dále rozvíjelo až do podoby ATAPI7, kde koncové PI znamenné Packet Interface, což představuje přenos dat do HDD po blocích = Packetech. Poslední verze ATAPI, umožňuje až 133MB/s. Dnes je vytlačováno SATA (sériové) připojením. ATA se někdy označuje taky jako PATA (paralelní).

17 Počítače VII – sběrnice
SATA Serial ATA (SATA) je počítačová sběrnice využívaná převážně pro připojení pevných a optických disků. Propustnost sběrnice: · SATA 1.5 Gbit/s · SATA 3.0 Gbit/s · SATA 6.0 Gbit/s Zdědila po ATA řadiči PIO a DMA modul. Dosahuje vyšších rychlostí oproti ATA řadiči, protože přenos probíhá sériově na vysoké frekvenci (až 3000 MHz). Disky se připojují přímým a samostatným kabelem k řadiči a tím pádem se nemusí rozlišovat na Master, Slave a Cable Select. Oproti sběrnici ATA podporuje navíc odpojování a připojování zařízení za chodu počítače (Hot-plug) a také technologii NCQ. Díky sériové komunikaci není jako u IDE (PATA) potřeba 40/80 žílový kabel, ale podstatně menší rozměry. eSATA (externí SATA) Používá se pro připojení vnějších datových zařízení, nabízí stejnou rychlost a podporu technologií jako SATA. Její výhodou je vyšší přenosová rychlost, než nabízí běžnější sběrnice USB, ovšem nemá od výrobců základních desek a externích datových médií takovou podporu. SATA porty na základní desce Konektory SATA (vlevo) a eSATA (vpravo)

18 Počítače VII – sběrnice
SCSI SCSI (Small Computer System Interface) je standardní rozhraní a sada příkazů pro výměnu dat mezi externími nebo interními počítačovými zařízeními a počítačovou sběrnicí. SCSI se vyslovuje „skazi “. SCSI se obvykle používá pro připojení pevných disků nebo magnetopáskových jednotek. Pomocí SCSI lze připojit i jiná zařízení, např. skenery, jednotky CD-ROM nebo DVD. SCSI se nyní nejčastěji používá u výkonných pracovních stanic nebo serverů. Servery využívající RAID mají téměř vždy disky připojené pomocí SCSI. Osobní počítače nebo notebooky používají SCSI pouze výjimečně (dlouhou dobu je používala společnost Apple); používají především ATA/IDE nebo novější SATA. V poslední době se externí zařízení připojují nejčastěji pomocí rozhraní USB nebo FireWire. Výhodou SCSI byla možnost připojení většího počtu pevných disků (nebo jiných periférií) než u rozhraní ATA/IDE, sběrnice SCSI měla zpravidla i větší přenosovou rychlost a reálný výkon i díky protokolu přenosu. SCSI disky měly a mají zpravidla větší otáčky ploten, kratší přístupovou rychlost a díky zaměření i větší životnost. Sběrnice BITy BYTy SCSI 1 (5 MHz) Mbit/s MB/s první, historie Ultra-640 SCSI (16 bits/160 MHz DDR) 5.12 Gbit/s MB/s současnost (rok2009)

19 Počítače VII – sběrnice
Centrum pro virtuální a moderní metody a formy vzdělávání na Obchodní akademii T.G. Masaryka, Kostelec nad Orlicí Použity materiály, obrázky a parametry o PC komponentách z www stránek: „svethardware.cz“ „pctuning.cz“ „mironet.cz“ „alza.cz“ „czechcomputer.cz“ „cs.wikipedia.org“