Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пример одиночной системной компьютерной шины

Системная шина является одной шиной компьютера , который соединяет основные компоненты компьютерной системы, сочетающий в себе функцию шины данных для передачи информации, в адресную шине , чтобы определить , где оно должно быть отправлено, и шина управления , чтобы определить его работу. Этот метод был разработан для снижения затрат и улучшения модульности, и, хотя он был популярен в 1970-х и 1980-х годах, в более современных компьютерах используется множество отдельных шин, адаптированных к более конкретным потребностям.

Шину системного уровня (в отличие от внутренних центрального процессора в Datapath шин) соединяет процессор с памятью и устройствами ввода / вывода. [1] Обычно шина системного уровня предназначена для использования в качестве объединительной платы . [2]

Фоновый сценарий [ править ]

Многие из компьютеров были основаны на Первом проекте отчета об отчете EDVAC, опубликованном в 1945 году. В так называемой архитектуре фон Неймана центральный блок управления и арифметико-логический блок (ALU, который он назвал центральной арифметической частью) были объединено с компьютерной памятью и входными и выходными функциями , чтобы сформировать сохраненную программу компьютера . [3] В отчете представлена ​​общая организация и теоретическая модель компьютера, но не реализация этой модели. [4] Вскоре дизайнеры интегрировали блок управления и ALU в то, что стало известно как центральный процессор. (ЦПУ).

Компьютеры в 1950-х и 1960-х годах, как правило, создавались по индивидуальному заказу. Например, ЦП, память и блоки ввода / вывода представляли собой один или несколько шкафов, соединенных кабелями. Инженеры использовали общие методы стандартизированных пучков проводов и расширили концепцию, поскольку объединительные платы использовались для удержания печатных плат в этих ранних машинах. Название «шина» уже использовалось для « шин », которые передавали электроэнергию различным частям электрических машин, включая ранние механические вычислители. [5] Появление интегральных схем значительно уменьшило размер каждого компьютерного блока, и шины стали более стандартизированными. [6]Стандартные модули могли быть связаны между собой более единообразными способами, и их было легче разрабатывать и поддерживать.

Описание [ править ]

Чтобы обеспечить еще большую модульность при снижении стоимости, шины памяти и ввода-вывода (а также необходимые шины управления и питания ) иногда объединялись в единую унифицированную системную шину. [7] Модульность и стоимость стали важными, поскольку компьютеры стали достаточно маленькими, чтобы поместиться в одном шкафу (и заказчики ожидали аналогичного снижения цен). Digital Equipment Corporation (DEC) дополнительно снизила стоимость серийных мини - компьютеров и ввода-вывода с отображением памяти в шину памяти, так что устройства оказались местами памяти. Это было реализовано в UNIBUS в PDP-11примерно в 1969 году, что устраняет необходимость в отдельной шине ввода-вывода. [8] Даже такие компьютеры, как PDP-8 без ввода-вывода с отображением памяти, вскоре были реализованы с системной шиной, которая позволяла вставлять модули в любой слот. [9] Некоторые авторы назвали это новой модернизированной «моделью» компьютерной архитектуры. [10]

Многие ранние микрокомпьютеры (с ЦП, как правило, на одной интегральной схеме ) были построены с единой системной шиной, начиная с шины S-100 в компьютерной системе Altair 8800 примерно в 1975 году. [11] В IBM PC использовалась архитектура промышленного стандарта. (ISA) в качестве системной шины в 1981 году. Пассивные объединительные платы ранних моделей были заменены стандартом размещения ЦП и ОЗУ на материнской плате , с использованием только дополнительных дочерних плат или карт расширения в слотах системной шины.

Простая симметричная многопроцессорная обработка с использованием системной шины

Multibus стал стандарт Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике в качестве стандарта IEEE 796 в 1983. [12] Sun Microsystems разработала SBus в 1989 году для поддержки мелких карт расширения. [13] Самый простой способ реализовать симметричную многопроцессорность - подключить более одного процессора к общей системной шине, которая использовалась в 1980-х годах. Однако общая шина быстро стала узким местом, и были изучены более сложные методы подключения. [14]

Даже в очень простых системах шина данных в разное время управляется памятью программ, ОЗУ и устройствами ввода-вывода. Чтобы предотвратить конфликты на шине данных, в любой момент времени только одно устройство управляет шиной данных. В очень простых системах требуется, чтобы только шина данных была двунаправленной. В очень простых системах регистр адреса памяти всегда управляет адресной шиной, блок управления всегда управляет шиной управления, а декодер адреса выбирает, какому конкретному устройству разрешено управлять шиной данных во время этого цикла шины. В очень простых системах каждый цикл команд начинается с цикла READ memory, где программная память передает команду на шину данных, в то время какРегистр команд фиксирует эту команду на шине данных. Некоторые инструкции продолжаются циклом WRITE памяти, где регистр данных памяти передает данные на шину данных в выбранное ОЗУ или устройство ввода-вывода. Другие инструкции продолжаются другим циклом памяти READ, когда выбранное ОЗУ, программная память или устройство ввода-вывода передает данные на шину данных, в то время как регистр данных памяти фиксирует эти данные с шины данных.

Более сложные системы имеют шину с несколькими мастерами - они не только имеют множество устройств, каждое из которых управляет шиной данных, но также имеют множество мастеров шины , каждый из которых управляет шиной адреса. Адресная шина, а также шина данных в системах отслеживания шины должны быть двунаправленной шиной, часто реализуемой как шина с тремя состояниями . Чтобы предотвратить конфликт шины на адресной шине, арбитр шины выбирает, какому конкретному мастеру шины разрешено управлять адресной шиной во время этого цикла шины.

Двойная независимая шина [ править ]

По мере того, как конструкция ЦП развивалась с использованием более быстрых локальных шин и более медленных периферийных шин , Intel приняла терминологию двойной независимой шины (DIB) [ какая? ] , используя внешнюю переднюю шину к основной системной памяти и внутреннюю заднюю шину между одним или несколькими ЦП и кешами ЦП . Это было представлено в продуктах Pentium Pro и Pentium II в середине-конце 1990-х годов. [15]Основная шина для передачи данных между ЦП и основной памятью, а также устройствами ввода и вывода называется лицевой шиной , а задняя шина обращается к кэш-памяти 2-го уровня.

С 2005/2006 года, учитывая архитектуру, в которой 4 процессора используют один набор микросхем, DIB состоит из двух шин, каждая из которых используется двумя процессорами. Теоретическая пропускная способность увеличивается вдвое по сравнению с общей фронтальной шиной до 12,8 ГБ / с в лучшем случае. Тем не менее, информация отслеживания, полезная для обеспечения согласованности кэша общих данных, находящихся в разных кэшах, должна отправляться в широковещательном режиме, что снижает доступную полосу пропускания. Чтобы смягчить это ограничение, в набор микросхем был вставлен фильтр отслеживания, чтобы кэшировать информацию отслеживания. [16]

Современные персональные и серверные компьютеры используют высокопроизводительные технологии взаимодействия, такие как HyperTransport и Intel QuickPath Interconnect , в то время как архитектура системной шины продолжала использоваться на более простых встроенных микропроцессорах. Системная шина может быть даже внутренней для одной интегральной схемы, создавая систему на кристалле . Примеры включают AMBA , CoreConnect и Wishbone . [17]

См. Также [ править ]

  • Автобус (вычисления)
  • Интерфейс внешней шины
  • Шина расширения

Ссылки [ править ]

  1. ^ Эдвард Босворт. «Глава 10 - Обзор автобусов» .
  2. ^ Хуэй Ву. «Компьютерные шины и параллельный ввод / вывод» . 2006 г.
  3. ↑ Джон фон Нейман (30 июня 1945 г.). «Первый проект отчета по EDVAC» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 14 марта 2013 года . Проверено 27 мая 2011 года . Введение и редактирование Майкла Д. Годфри, Стэнфордский университет, ноябрь 1992 г.
  4. ^ Майкл Д. Годфри; Д. Ф. Хендри (1993). «Компьютер, как это планировал фон Нейман» (PDF) . IEEE Annals of the History of Computing . 15 (1): 11–21. DOI : 10.1109 / 85.194088 . Архивировано из оригинального (PDF) 25 августа 2011 года.
  5. ^ Патент США 3470421 "Continuous Bus Bar для плиты Разъем задней панели машины Электропроводка" Donald L. Shoreдр., Поданной 30 августа 1967, выпущенный 30 сентября 1969 года.
  6. ^ Патент США 3462742 «Компьютерная система адаптированной быть построена из крупных интегральных микросхем Массивов» Генри С. Миллердр., Поданный 21 декабря 1966, выпущенный 19 августа 1969 года.
  7. ^ Линда Нулл; Юлия Лобур (2010). Основы компьютерной организации и архитектуры (3-е изд.). Джонс и Бартлетт Обучение. С. 36, 199–203. ISBN 978-1-4496-0006-8.
  8. ^ С. Гордон Белл; Р. Кэди; Х. Макфарланд; Б. Делаги; Дж. О'Лафлин; Р. Нунан; В. Вульф (1970). «Новая архитектура для мини-компьютеров - DEC PDP-11» (PDF) . Весенняя совместная компьютерная конференция : 657–675.
  9. ^ Справочник по малому компьютеру (PDF) . Корпорация цифрового оборудования. 1973. С. 2–9.
  10. ^ Майлз Дж. Мёрдокка; Винсент П. Хеуринг (2007). Компьютерная архитектура и организация: комплексный подход . Джон Вили и сыновья. п. 11. ISBN 978-0-471-73388-1.
  11. ^ Герберт Р. Джонсон. «Истоки ЭВМ С-100» .
  12. ^ "796-1983 - Стандартная системная шина микрокомпьютера IEEE" . Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике . 1983 . Проверено 25 мая 2011 года .
  13. ^ Франк, EH (1990). «SBus: высокопроизводительная системная шина Sun для рабочих станций RISC». Сборник документов Compcon Spring '90. Тридцать пятая международная конференция компьютерного общества IEEE по интеллектуальному рычагу . С. 189–194. DOI : 10.1109 / CMPCON.1990.63672 . ISBN 0-8186-2028-5.
  14. ^ Дональд Чарльз Винзор (1989). Организация шины и кэш-памяти для мультипроцессоров (PDF) . Электротехнический факультет Мичиганского университета. Кандидат наук. диссертация.
  15. ↑ Тодд Лэнгли и Роб Ковальчик (январь 2009 г.). «Введение в архитектуру Intel: основы» (PDF) . Белая книга . Корпорация Intel. Архивировано из оригинального (PDF) 7 июня 2011 года . Проверено 25 мая 2011 года .
  16. ^ Введение в Intel® QuickPath Interconnect, рисунок 4 https://www.intel.com/content/www/us/en/io/quickpath-technology/quick-path-interconnect-introduction-paper.html
  17. ^ Рудольф Usselmann (9 января 2001). «Обзор шины OpenCores SoC» (PDF) . Проверено 30 мая 2011 года .