Lecture 4 Ing. Martin Molhanec, CSc. X13UIT Paměti, sběrnice Lecture 4 Ing. Martin Molhanec, CSc.

Paměti

Paměti Slouží k uložení programů a dat. Parametry Operační paměť Kapacita Rychlost Možnost uchovávat data i při vypnutí počítače Operační paměť Hromadná paměť Velká rychlost Volatilní (dočasná) Velká kapacita Nonvolatilní (trvalá) Většinou je polovodičová Většinou je magnetická

Polovodičové paměti ??? RAM ??? ROM – Read Only Memory Nelze do nich zapisovat. Slouží pro trvalé uložení dat či programů. RWM – Read-Write Memory Může se do nich zapisovat. Slouží zejména jako operační paměť počítače. ??? RAM ???

Polovodičové paměti ROM – Read Only Memory Nelze do nich zapisovat. Slouží pro trvalé uložení dat či programů. RWM – Read-Write Memory Může se do nich zapisovat. Slouží zejména jako operační paměť počítače. RAM – Random Access Memory Nesprávně se vžilo jako označení pamětí RWM !!! Důvod je historický, první RAM paměti byly RWM paměti.

ROM ROM – programují se maskou při výrobě, výhodné při velkých seriích, uplatnění např. BIOS u starších počítačů. Realizace buňky paměti ROM pomocí polovodičové diody

PROM PROM – Programmable ROM – programují se přepálení pojistky diody na chipu, výhodné při menších seriích, uplatnění např. BIOS u starších počítačů. Realizace paměťové buňky PROM pomocí diody

EPROM, EEPROM, FLASH EPROM – Erasable PROM – programují se nabytím kapacity, dají se mazat UV světlem, výhodné tam, kde se počítá se změnou dat. EEPROM (E2PROM)– Electrically EPROM – programují se i mažou elektricky, první verse nebyly vhodné pro použití přímo v počítačích – pomalé, vyšší napětí, výhodné tam, kde se počítá se směnou dat. FLASH – jedná se o novou generaci EEPROM, které je dovolují bez problémů integrovat v počítači i jeho periferiích (LAN, CDROM, …). Snadná změna dat, výhodné pro opravy a upgrade. Realizace buňky paměti EEPROM pomocí tranzistoru MNOS

NVRAM NV RAM – Non Volatile RAM Paměť podobná RAM, která si udrží data i po výpadku napětí, existují různé principy: Feritová paměť (nejstarší, IBM), u prvních počítačů základ operační paměti (INTEL) speciální paměť, paralelně spojená paměť RAM a EEPROM, při výpadku napájení se obsah RAM přepíše do EEPROM, výhoda – velice rychlá paměť Dnes nejčastěji jako paměť FLASH, nevýhoda - pomalejší nežli pravá SRAM Další principy: MRAM (nagnetic RAM), Ovonic Unified Memory, FeRAM

Paměti RAM SRAM – Static RAM – Rychlá, ale drahá paměť na principu klopných obvodů. Proto se používá jako interní paměť v CPU a L1, L2, L3 cache, atp.

SRAM – static RAM Jako samostatné obvody jsou v PC nejčastěji využity jako L2 a L3 cache. Realizace jedné buňky paměti SRAM v technologii TTL

SRAM Jako samostatné obvody jsou v PC nejčastěji využity jako L2 a L3 cache. Asynchronní SRAM Není synchronní se systémovou sběrnicí, CPU musí čekat 20, 15, 12 ns, <66Mhz Synchronní SRAM Je synchronní se systémovou sběrnicí, max. 66MHz 12, 8.5 ns, 66MHz, časování 2-1-1-1 PB SRAM (Pipelined Burst SRAM) Zřetězená dávková 8.5 ns, až 133MHz, časování 3-1-1-1 Pouzdra DIL (Dual In Line) nebo jako malá speciální karta. TAG RAM – je součást cache, obsahuje další bity informace, která je důležitá pro řízení cache.

Paměti RAM SRAM – Static RAM – Rychlá, ale drahá paměť na principu klopných obvodů. Proto se používá jako interní paměť v CPU a L1, L2, L3 cache, atp. CMOS RAM – je statická paměť vyrobená technologií CMOS, která má nízký příkon. Proto ji po několik let stačí napájet z baterie. Proto se používá jako RWM (trvalá paměť), například pro uložení nastavení BIOS a RTC (Real Time Clock).

Paměti RAM SRAM – Static RAM – Rychlá, ale drahá paměť na principu klopných obvodů. Proto se používá jako interní paměť v CPU a L1, L2, L3 cache, atp. CMOS RAM – je statická paměť vyrobená technologií CMOS, která má nízký příkon. Proto ji po několik let stačí napájet z baterie. Proto se používá jako RWM trvalá paměť, například pro uložení nastavení BIOS a RTC (Real Time Clock). DRAM – Dynamic RAM – Pomalejší, ale jednodušší (levná, větší kapacita) paměť na principu kapacit. Je nutné tzv. refresh (obnova) dat v paměti. Proto se používá jako hlavní operační paměť a paměť videokarty.

DRAM Jsou v PC využity jako operační paměť nebo na video kartě. Realizace jedné buňky paměti DRAM v technologii TTL

DRAM Asynchronní (se sběrnicí CPU) Jsou v PC využity jako operační paměť nebo na video kartě. Asynchronní (se sběrnicí CPU) PM – Page Mode – 80 ns, nejstarší typ, časování 5-5-5-5 Adresa se zadává na 2x, nejprve ROW a pak CAS FPM – Fast PM – 70, 60 ns, 66Mhz, časování 5-3-3-3 Na stejné stránce se nezadává znovu RAW EDO – Extended Data Output – 70, 60, 50 ns, 66Mhz, časování 5-2-2-2 Data jsou déle na výstupu, překrývání operací BEDO – Burst EDO – časování 5-1-1-1, >66Mhz, Intel nepodporuje Čte se vždy po 4 bytech, poslední 2 bity CAS se generují interně Pouzdra DIL – u nejstarších PC SIP - u nejstarších PC Krátké SIMM, 8bit, 8088 až 80386 Dlouhé SIMM, 32bit, 80386 až Pentia

DRAM Synchronní (se sběrnicí CPU) čte se vždy několik dat za sebou překrývání operací SDRAM – Synchronní DRAM – >100MHz, PC100, PC133, časování 5-1-1-1 RDRAM – Rambus DRAM – speciální technologie (sériová), kterou koupil INTEL, ale nepovedlo se mu ji prosadit, jedná se drahé a rychlé paměti. Mezi jejich nevýhody patří také – zpoždění, teplota, technologická náročnost DDR SDRAM – Double Date Rate SDRAM – paměti, které přijala konkurence fy INTEL, která je později také začala podporovat, přenášejí data při vzestupné i sestupné hraně hodin sběrnice, tím se 2x zvětšil jejich výkon. -> DDR200 až DDR400 Jak se to počítá? FSB100 → DDR200 → 2*8*100 → PC1600 FSB133 → DDR266 → 2*8*133 → PC2100 FSB166 → DDR333 → 2*8*166 → PC2700 Pouzdra DIMM, 64bit, Pentia RIMM, pro RDRAM

DIL (Dual In Line) SIP (Single Inline Package) Krátký SIMM (Single Inline Module) 30pin, 8bit Dlouhý SIMM (Single Inline Module) 72pin, 32bit DIMM (DUal Inline Module) 168pin, 64bit

Porovnání ve skutečné velikosti. DIP SIP Krátký SIMM DIMM

Porovnání ve skutečné velikosti. DIMM Dlouhý SIMM (EDO)

paměti BANK – udává počet pouzder, které jsou potřeba osadit pro danou šířku sběrnice 8bit 8088 16bit 8086 80286 80386SX 32bit 80386 80486 64bit Pentium Krátký SIMM (8bit) (1) 2 4 Dlouhý SIMM (32bit) 1 DIMM (64bit)

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) Reakce na snahu fy INTEL o monopol nad pamětmi RDRAM Navazují na paměti SDRAM, ale dovolují přístup do paměti při vzestupné i sestupné hraně hodin. Další rozvoj jsou paměti DDR2 SDRAM.

DDR

DDR

DDR2

DDR2

SDR, DDR, DDR2

Speciální paměti Paměti pro video karty VRAM – Video RAM – označuje speciální dvouportovou paměť, která umožňuje současný přístup do paměti, jak pro CPU, tak pro grafický řadič (procesor). SGRAM – Synchronní Graphic RAM – označení pro paměti SDRAM, které se používali jako paměť videokarty. Speciální funkce: bit masking, fill write. Současné video karty mají video paměť s grafickým procesorem propojeny obvykle speciální širokou sběrnicí (až 256bitů).

SBěrnice

Sběrnice Sběrnice propojuje jednotlivé části PC. Systémová – umožňuje připojovat k základní desce (MB – Mother Board) periferní karty. Speciální sběrnice Pro paměť, video (AGP), … FSB (Front Side Bus) pro CPU BSB (Back Side Bus) pro cache Dle šířky dat Paralelní – více bitová Sériová - jednobitová

sběrnice (XT) ISA (AT) IBM, pro 8088, IBM PC XT 8bit, 8.3Mhz, 8MB výkon 3x DMA, 6x IRQ Má rychlost CPU ISA (AT) 1984, IBM, pro 80268, IBM PC AT 16bit, 8.3MHz, 16MB výkon Je zpětně kompatibilní s XT, jedná se vlastně o rozšířený konektor XT. Má rychlost CPU, později fa COMPAQ oddělila rychlost CPU a sběrnice. 6x DMA, 11x IRQ V roce 1988 standardizována jako sběrnice ISA (Industrial Standard Architecture)

XT Bus 8bit data 20 bit adresa IRQ, DMA +5V, +12V, -12V

XT Bus 8bit data 20 bit adresa IRQ, DMA +5V, +12V, -12V

XT bus

sběrnice (XT) ISA (AT) IBM, pro 8088, IBM PC XT 8bit, 8.3Mhz, 8MB výkon 3x DMA, 6x IRQ Má rychlost CPU ISA (AT) 1984, IBM, pro 80268, IBM PC AT 16bit, 8.3MHz, 16MB výkon Je zpětně kompatibilní s XT, jedná se vlastně o rozšířený konektor XT. Má rychlost CPU, později fa COMPAQ oddělila rychlost CPU a sběrnice. 6x DMA, 11x IRQ V roce 1988 standardizována jako sběrnice ISA (Industrial Standard Architecture)

ISA (AT bus) 16bit data 24 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

ISA (AT bus) 16bit data 24 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

ISA (AT bus) 16bit data 24 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

ISA (AT bus) 16bit data 24 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

ISA (AT) bus

sběrnice MCA (Micro Channel Architecture) 1987, IBM, pro IBM PC PS/2, pro 80386 32bit, 10MHz, 40MB Fa IBM se snažila ovlivnit další vývoj PC tím, že se snažila prosadit svojí novou sběrnici, která byla ochráněna patenty (5%). Proto byla drahá! Používala se pouze u počítačů IBM, pro servery a výkonné stanice. Není kompatibilní s ISA, jiný konektor. Bus Mastering, sdílení IRQ, PnP. Ostatní výrobci tuto sběrnici nepřijali a navrhli svoje vlastní řešení.

MCA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

sběrnice EISA (Extended ISA) 1989, COMPAQ a další výrobci, pro 80386 32bit, 8.3Mhz, 32MB výkon Je odpovědí společenství výrobců na MCA od fy IBM. Vzhledem ke své výkonnosti se používala pro servery a výkonné stanice. Je zpětně kompatibilní s ISA, díky svému dvoupatrovému konektoru. Bus Mastering, sdílení IRQ, PnP.

EISA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

EISA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

EISA bus – detail konektoru

sběrnice VESA (VLB – VESA Local Bus) 1992, organizace VESA, pro grafické karty, později i HD 32bit, 33MHz (25 až 50), 127MB výkon Tuto sběrnici vytvořila organizace VESA za účelem urychlení grafiky a později i připojení HD. Byla levná a jednoduchá, šlo vlastně o prodloužení sběrnice CPU 80486, měla jeho rychlost. Byla kompatibilní s ISA, šlo vlastně o její prodloužení. Při větší zátěži (více karet) klesá její frekvence.

VESA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

VESA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

VESA bus 32bit data 32 bit adresa IRQ, DMA +5V +12V, -12V

VESA bus

sběrnice PCI 1993, INTEL, pro Pentium 32bit, 33MHz, 127MB (V 1.0) PCI je úplně nová a výkonná sběrnice. Svoji konkurentku VESA brzy porazila. Není kompatibilní s ISA, úplně jiný konektor. Určená nejen pro PC, ale i pro Mac, Power, Alpha CPU. Bus Mastering, sdílení IRQ, PnP. Burst Mode – přenášení paketů dat. Synchronní i asynchronní režim. Mezi CPU a PCI je tzv. bridge, který je odděluje. Ten je tvořen tzv. chipsetem, který plní i další funkce – např. připojení IDE HD. Verze 2.2 rozšiřuje standard PCI o další specifikace: 64bit a 66MHz  508MB. Využívá se v serverech nebo řídících systémech.

PCI bus 32-64 bit data 32-36 bit adresa IRQ, DMA +5V +3.3V

PCI bus 32-64 bit data 32-36 bit adresa IRQ, DMA +5V +3.3V

PCI bus 32-64 bit data 32-36 bit adresa IRQ, DMA +5V +3.3V

PCI bus

PCI

PCI universal adapter

Různé pokusy o tzv. lokální bus (COMPAQ, INTEL, ..) MCA 1987 32 10 40 rok Data Rychlost Výkon poznámka XT 8 4 IBM pro první PC AT (ISA) 1984 (1988) 16 IBM pro AT Různé pokusy o tzv. lokální bus (COMPAQ, INTEL, ..) MCA 1987 32 10 40 IBM pro PS/2 EISA 1989 Výrobci klonů pro 80386 VESA (VLB) 1992 33 127 Org. VESA pro grafku a HD PCI 1.0 1993 INTEL pro Pentium PCI 2.2 64 66 508

Slepá ulička PCI PCI-X Pokračuje v tradici PCI, dnes v 2.0 64bit, 133Mhz  1GB výkon Zpětně kompatibilní s PCI (64bit/66MHz) Vylepšené protokoly pro větší výkon Určená pro servery Dočasné řešení

PCI-X

PCI-X

Budoucnost PCI PCI Express (starší název 3GIO – Third Generation Input Output) Sériová sběrnice 2.5 až 10 Gb/s  200MB až 800MB výkon (musí se dělit 12!) Lze složit 1 až 32 kanálů  6.6GB až 26GB výkon Vrstevný protokol, nejvyšší vrstva je kompatibilní s PCI včetně PnP Nahradí i rozhraní AGP pro grafické karty!

PCI Express

PCI Express

PCI Express

PCI Express

PCI Express

Další sběrnice AGP IDE, ATA, SATA, SCSI, atp. Není vlastně sběrnice, jedná se spíše o port, je určená pro grafiku. IDE, ATA, SATA, SCSI, atp. Sběrnice pro připojení disků budeme brát na jiné přednášce.

Sériová sběrnice Už pro první IBM PC Standard RS 232, V.24 25 nebo 9 pin konektory CANON UART 8250 (komp. 8251) Později UART 16550 (2x 16bit buffer, rychlost až 115kb/s) Standardní PC mělo dvě sériová rozhraní COM1 a COM2, v MS DOS podpora až 4 portů. Hlavní účel Připojení myši Propojování počítačů mezi sebou (pro přenos souborů) Připojení externího modemu Připojení sériové tiskárny (málo obvyklé)

Paralelní sběrnice Už první IBM PC Standard CENTRONIX, 1976 Osazení jedním konektorem CENTRONIXCANON V MS DOS podpora 2 tiskáren LPT1 a LPT2. Hlavní využití Připojení tiskárny Přenos souborů (Laplink) Připojení ZIP, atp. Postupné vylepšování, protože původní řešení umožňovalo pouze jednosměrný tok dat (z PC do tiskárny) a nízkou rychlostí.

Paralelní sběrnice SPP – Standard Parallel Port Centronix mode (Compatibility, Normal, Standard), 8 bit data out, 100 až 200kB Nibble mode, 8 bit data out, 4 in (control), 100 až 200kB out, 50kB in, umí využít Laplink Byte mode (Bi-Directial), 8 in, 8 out, 80 až 300kB, umí jen IBM PS/2 s MCA EPP – Enhanced Parallel Port 1991, INTEL, Xircom, Zenith Obousměrný, 500kB až 2MB Pro LAN, CD-ROM, … ECP – Extended Capabilities Port 1994, HP, Microsoft, pro laserové tiskárny, ZIP, atp. Obousměrný, >2MB, umí využít DMA Přijat jako standard IEEE 1284

Sériové a paralelní konektory Sériový 25 a 9 konektor. Paralelní a game port.

CENTRONICS

LAPLINK

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association, 1989) Standard původně určený pro rozšíření paměťové kapacity kapesních počítačů. Umožňuje připojování periferií za chodu. Definuje fyzické i logické připojení. Speciální konektor 68 pin. Verze 1.0, 1990, jen paměťové karty 2.0 1991 různé periferie (paměť, Fax, LAN, HDD. Modem, …) XIP (eXecute In Place) 16 bit, 3.3V Několik typů karet I. až III.

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association, 1989) Typy karet TYP I 3.3 mm (RAM,…) TYP II 5.0 mm (Fax, LAN, …) TYP III 10.5 mm (HDD, …) 1992 PC CARD Standard 95 (1995) 32 bit/33MHz, ~ PCI Bus Mastering, PnP, multifunkční karty Vrstevný protokol Card Services – nižší vrstva Socket Services – vyšší vrstva PCMCIA ATA – rozhraní připojení HDD

PCMCIA

PCMCIA

PCMCIA

PCMCIA

PCMCIA Dnes částečně zaniká nahrazována USB Sloty pro paměťové karty Návrh nového standardu: ExpressCard Kompatibilní s PCI Express Kompatibilní s USB2 Řídící sběrnice SMBus Není zpětně kompatibilní Schválen 2003, první výrobky konec 2004!?

USB (Universal Serial Bus) 1996, Microsoft, Intel Účelem bylo nahradit různorodé připojení vnějších periferií – klávesnice, monitor, myš, sériové a paralelní rozhraní. Jedná se o sériové rozhraní, umožňuje připojit až 127 periferií, větvení pomocí HUB. Připojování za chodu, PnP, obsahuje i napájecí vodiče, power management. Verze 1.1 Rychlost 1.5 a 12 Mb/s, monitor, klávesnice, myš, zvukové karty 2.0 Rychlost až 480 Mb/s, tiskárny, scannery, HDD, zvukové karty, video Po počátečních rozpacích rychlá expanze. Zejména od verze 2.0!!! Windows 2000, XP – výborná podpora

USB

USB

USB konektory

USB kabel

USB prodlužka

USB karta

USB zvukovka

USB hub

USB flash disk

USB to serial

USB to parallel

USB Laplink

Firewire Rozhraní určené speciálně pro připojení multimedií – digitální video, digitální foto Fy Apple, Philips, Sony (iLink) Připojování za chodu, PnP Sériové rozhraní, 63 periferií Verze IEEE 1394, v roce 1995 50 až 400MB/s IEEE 1394b, v roce 2001 800 až 1600MB/s

Firewire - konektory

Konec !