|
Понятие архитектуры ЭВМ Архитектура ЭВМ – абстрактное представление ЭВМ, которое отражает ее структурную, схемотехническую и логическую организацию. Понятие архитектуры является комплексным и включает в себя:
Наличие общих архитектурных свойств обусловлено тем, что большинство типов машин, принадлежащих 4 и 5 поколениям, имеют фоннеймановскую структуру. К числу общих архитектурных свойств и принципов можно отнести:
Структурная схема ПК Структурная схема ПК – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия устройств ПК. Использование в исполняемой программе команд сопроцессора определяется настройками среды программирования. Микропроцессорная память (МПП) – кэш-память первого уровня – служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы машины. Интерфейсная система микропроцессора реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК, включающими в себя внутренний интерфейс микропроцессора и схемы управления портами ввода/вывода. Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи устройств ПК, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода/вывода – аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство. Внутримашинный системный интерфейс Внутримашинный системный интерфейс – система связи и сопряжения узлов и блоков ПК между собой, которые представляют собой совокупность электронных линий связи, схем сопряжения, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигнала. Существует 2 способа организации внутримашинного интерфейса: 1 – многосвязанный интерфейс (каждый блок ПК связан с другими локальными проводами); 2 – связанный интерфейс (все блоки ПК связаны между собой через общую системную шину - магистраль). В подавляющем большинстве современных ПК системная шина включает в себя:
Системная шина обеспечивает 3 направления передачи информации:
Важнейшие функциональные характеристики шины: разрядность, частота и пропускная способность. В качестве системной шины в разных моделях использовались и могут использоваться: 1 – шина расширения – шина общего назначения, позволяющая подключать разнообразные устройства; 2 – локальная шина – для подключения конкретных устройств. Шины расширения: ISA (Industry Standard Architecture) – 16-разрядная шина данных, 24-разрядная шина адреса (4 Мб); EISA (Extended Industry Standard Architecture) – 32-разр. ШД, 32-разр. ША (4 Гб), подключается адаптер диска, сети и т.д. Локальные шины современных вычислительных систем характеризуются:
В этих условиях пропускной способности шин оказалось недостаточно для комфортной работы, поэтому разработчики интерфейсов пошли по пути создания локальных шин. PCI (Peripheral Component Interconnect) – разработана в 1993 году фирмой Intel. Универсальна, имеет свой адаптер, позволяющий настраиваться на работу с любым МП и подключать 10 устройств разной конфигурации. Основополагающий принцип шины PCI – использование мостов Bridges, которые осуществляют связь между шиной PCI и другими системными шинами, например, ISA. В соответствии с этой концепцией передачей пакета данных управляет не центральный процессор, а мост. Процессор может работать и тогда, когда происходит запись в ОП. Шина PCI 1.0 – 32 разряда, пропускная способность – 132 Мб/с; PCI 2.0 – 64 разряда, 264 Мб/с. USB (Universal Serial Bus) – для подключения периферийных устройств. Все периферийные устройства должны иметь одинаковые разъемы и подсоединяться к ПК через отдельный выносной блок USB-хаб (концентратор). Согласно стандарту, можно подключить до 127 периферийных устройств. Поддерживает технологию Plug’n’Play. На новых материнских платах есть специальный разъем для подключения USB-хаба. AGP (Accelerated Graphics Port). Активное использование графики и видео требует половину полосы пропускания шины. Разработанный стандарт AGP предполагает вторую магистраль шины PCI и специальный мультимедиа мост для связи с внутренним механизмом обработки видеоданных и графическим контроллером. Классификация запоминающих устройств
Для передачи на микросхему памяти адреса строки служит сигнал RAS, а для адреса столбца – CAS. 8ВКАМ. Синхронная память 5ОКАМ в стандартном исполнении (168-контактный модуль 01ММ, напряжение питания 3,3 вольта) имеет 64-разрядный интерфейс. Стандарты на 50КАМ установлены организацией ]ЕОЕС 5оНс1 51ат.е ТесЬпо1о§у Авзоаатлоп. Память 50КАМ начала свой путь с частоты 66 МГц (память РС66), затем частоты были повышены до 100 МГц (РС100) и 133 МГц (РС133). Уровень задержек у модулей хорошего качества очень небольшой — 2-2-2. Хотя имеются возможности дальнейшего масштабирования 50КАМ по частоте, то есть наращивания пропускной способности за счет роста тактовой частоты, с появлением ООК 50КАМ, предложившей удвоенную пропускную способность, они стали неактуальны. В настоящее время 50КАМ в силу своей дешевизны продолжает сохранять привлекательность для решений начального уровня. ВВК 8Е)КАМ. Разработанная организацией ^ОЕС память с удвоенной пропускной способностью — ООК 50КАМ — это прямое развитие архитектуры 50КАМ. Конструктив — 184-контактный модуль 01ММ, напряжение питания снижено до 2,5 вольта. Интерфейс 64-разрядный. Удвоение пропускной способности по сравнению с 50КАМ достигается за счет передачи данных по обоим фронтам тактового сигнала. ^ОЕС одобрила для памяти ВОН следующие физические тактовые частоты: 100, 133 и 166 МГц. При этом частоты передачи данных составляют 200, 266 и 333 МГц, а пропускная способность 1,6, 2,1 и 2,7 Гбайт/с соответственно. Память обозначается либо по тактовой частоте, либо по пропускной способности: ООК200 (РС1600), ООК266 (РС2100), ООКЗЗЗ (РС2700). Некоторые фирмы (Ыапуа, Затзип^, ич'пЬопо!) уже начали выпуск модулей ООК400 (РС3200), но эта спецификация еще не получила одобрения ]ЕВЕС. К сожалению, как уже отмечалось, добиться низкого уровня задержек гораздо труднее, чем увеличить тактовую частоту. Поэтому уже для ООКЗЗЗ только самые качественные модули памяти имеют СА5=2, а стандартным уровнем считается СА5=2,5. Для ООК400 ситуация еще серьезнее — модули с СА5=2 пока труднодоступны и очень дороги. ВВК-П. Для того чтобы продолжить наращивание тактовых частот памяти, необходимо принять некоторые специальные меры, которые и предусматривает разрабатываемый ^ОЕС стандарт ООК-П. Для обеспечения устойчивой работы на высоких частотах в памяти ООК-П реализованы дифференциальный тактирующий сигнал, терминирование, программируемый импеданс и применена другая технология упаковки чипов — ВОА. Напряжение питания снижено до 1,8 вольта. Конструктив модуля будет несколько отличаться от ООК О1ММ, но точные его параметры пока неизвестны. Начальная физическая тактовая частота — 266 МГц (ООК533/РС4300 — 4,3 Гбайт/с), затем последуют 333 МГц (ООК667/ РС5400 — 5,4 Гбайт/с). Модули с частотой 400 МГц (ООК800/РС6400 — 6,4 Гбайт/с) будут выпускаться уже в соответствии со стандартом ООК-Ш, который находится в настоящее время в стадии разработки. Уровень задержек останется практически таким же, как у ООК. Для его уменьшения предлагается такая мера, как увеличение количества банков памяти до 8 (у 5ОКАМ и ООК 50КАМ — по 4 внутренних банка памяти). Это позволит увеличить количество одновременно открытых страниц с 4 до 8 и тем самым увеличить вероятность попадания на открытую страницу, то есть в благоприятную ситуацию, когда задержка минимальна и определяется только временем выборки столбца. По некоторым оценкам, это улучшит производительность на 2—3%. Выпуск памяти ООК-П с частотой 533 МГц должен начаться только в первом квартале 2004 г., с частотой 667 МГц — в 2005 году. ООК-1П появится в 2007 году, с частотами 800—1066 МГц. КОКАМ. Память типа КОКАМ разработана фирмой КатЬиз. В отличие от других типов синхронной памяти, она с самого начала рассчитывалась на оба способа масштабирования — по тактовой частоте и по ширине шины, причем упор сделан именно на 2-й способ. Ширина шины памяти уменьшена до 16 разрядов, но предусмотрено создание 2- и 4-канальных конфигураций (32- и 64-разрядных). Их использование из-за малого количества контактов не приводит к заметному удорожанию конструкции. Пропускная способность канала сразу была сделана очень высокой, 1,6 Гбайт/с, явно в расчете на будущие процессоры, так как у имевшихся на момент выпуска КОКАМ процессоров пропускная способность шины составляла всего 1 Гбайт/с (Рептлит III). Высокий уровень пропускной способности канала получается за счет подъема тактовых частот интерфейса до предельно высоких значений — 400 МГц (сама память функционирует на стандартной для 50КАМ частоте 100 МГц). Передача осуществляется по обоим фронтам тактового сигнала, так что данные передаются с частотой 800 МГц. Использование столь высоких тактовых частот наложило свой отпечаток на конструкцию как самих чипов, так и модулей памяти. Чипы имеют возможность программного изменения параметров для компенсации разброса времени прохождения сигнала по разным линиям. Монтируются чипы на модуль ШММ, причем для исключения отражений сигнала передающие линии терминируются с помощью специального дополнительного пустого модуля (Соптлгшоиз ШММ), устанавливаемого за последним рабочим. Производимая в контроллере памяти трансляция ширины в частоту и наоборот (у процессора — 64-разрядная шина, а у памяти — 16-разрядная) приводит к возрастанию задержек, но в целом они ненамного выше, чем у ООК 5ОКАМ, благодаря использованию многобанковой (32 банка) структуры. Начав с частоты 800 МГц (РС800, 1,6 Гбайт/с на канал), память КОКАМ достигла уже частоты 1066 МГц |