Фактическая пропускная способность: PCI Express и Thunderbolt. Пропускная способность pci


Фактическая пропускная способность: PCI Express и Thunderbolt

Все, что вам нужно знать о современных возможностях PCI Express и пропускной способности Thunderbolt и ограничениях при создании вашего следующего ПК.

Мы в будущем! 

Настало время продолжить наш сцинтилляционный взгляд на интерфейсы и ограничения на пропускную способность.Мы обратили внимание на PCI Express и Thunderbolt. 

Во-первых, PCI Express: что именно это означает, когда у вас есть соединение PCIe 2.0 x8? И имеет ли значение, является ли ваше соединение x8 или x16?

PCI Express

Интерфейс PCI Express немного запутан. Соединение PCIe состоит из одной или нескольких полос передачи данных, соединенных последовательно. Каждая полоса состоит из двух пар проводников, одна для приема и одна для передачи. У вас может быть один, четыре, восемь или шестнадцать дорожек в одном слоте PCIe для потребителя - обозначены как x1, x4, x8 или x16. Каждая полоса является независимым соединением между контроллером PCI и картой расширения, а линейная ширина полосы линейно, поэтому восьмиполосное соединение будет иметь вдвое большую пропускную способность четырехполосного соединения. Это помогает избежать узких мест между, скажем, процессором и графической картой. Если вам нужна большая пропускная способность, просто используйте больше дорожек.

Существует несколько разных физических соединений, каждый из которых может функционировать электрически как слот с меньшим количеством полос движения и может также вмещать физически меньшую карту. В физическом слоте PCIe x16 можно разместить карту x1, x4, x8 или x16 и выполнить запуск x16-карты по x16, x8, x4 или x1. Слот PCIe x4 может вмещать карту x1 или x4, но не может соответствовать карте x16. И, наконец, существует несколько различных версий интерфейса PCIe, каждый из которых имеет разные ограничения пропускной способности, а многие современные материнские платы имеют слоты PCIe различного физического размера, а также разные поколения PCIe.

Начнем с максимальной теоретической пропускной способности. Одна линия PCIe 1.0 (или 1.1) может переносить до 2,5 Гбит / с в секунду (GT / s) в каждом направлении одновременно. Для PCIe 2.0, который увеличивается до 5 Гбит / с, а одна линия PCIe 3.0 может нести 8 Гбит / с.

Гигатрансферы в секунду - это то же самое (в данном случае) как гигабиты в секунду. Все версии PCI Express теряют часть своей теоретической максимальной пропускную способность для физических расходов, связанных с электронными передачами. PCIe 1. * и 2.0 используют кодирование 8b / 10b (например, SATA), результатом чего является то, что каждые 8 ​​бит данных стоят 10 бит для передачи, поэтому они теряют 20 процентов своей теоретической пропускной способности . Это просто затраты на ведение бизнеса.

Максимальная скорость передачи данных на PCI-1.0 составляет восемьдесят процентов от 2,5 Гбит / с. Это дает нам два гигабит в секунду, или 250 Мбайт / с (помните, восемь бит в байт). Интерфейс PCIe является двунаправленным, так что это 250 Мбайт / с в каждом направлении, на дорожку. PCIe 2.0 удваивает пропускную способность на одну полосу до 5 Гбит / с, что дает нам 500 МБ / с фактической передачи данных на полосу.

Интерфейс PCIe 3.0 имеет удвоеную скорость передачи данных по сравнению PCI 2.0.

И так мы знаем, что PCIe 3.0 вдвое превышает скорость PCI 2.0, но, как мы видели выше, теоретическая пропускная способность каждой полосы составляет 8 Гбит / с, что на 60 процентов больше, чем 5GT / s PCIe 2.0. Это потому, что PCIe 3.0 и выше используют более эффективную схему кодирования под названием 128b / 130b , поэтому потребление ресурсов намного меньше - всего 1,54 процента. Это означает, что один слот PCIe 3.0 с пропускной способностью 8 Гбит / с может отправлять 985 МБ / с. Это не совсем вдвое 500 Мбайт / с, но это достаточно близко для маркетинговых целей.

Это означает, что соединение PCIe 3.0 x4 (3,94 ГБ / с) имеет почти такую ​​же пропускную способность, как PCIe 1.1 x16 или PCIe 2.0 x8 (оба 4 ГБ / с).

Современные графические процессоры используют интерфейс x16 PCIe 2.0 или 3.0. Это не значит, что они всегда работают со скоростью x16. На многих материнских платах имеется несколько физических слотов x16, но имеется меньшее количество реальных полос PCIe. 

И так ,у нас на примере на рабочем столе Z87 (Haswell) или Z77 (Ivy Bridge) процессор имеет 16 линий PCIe 3.0 . На чипсетах Intel есть еще восемь дорожек PCIe 2.0, но они обычно используются для звуковых карт, RAID-карт и т. Д. (Чипсет AMD 990FX включает в себя 32 полосы PCIe 2.0 и четыре на северном мосту). В приведенной выше плате Asus слоты PCIe 3.0 являются полосами ЦП, в то время как всем остальным приходится делиться восемью чипсетами PCIe 2.0. Использование слота PCIe 2.0 x16 в режиме x4 отключает три слота PCIe 2.0 x1.

Таким образом, одна видеокарта x16 будет использовать все 16 PCI-дорожек с процессором PCI, но добавление графического процессора во вторую полосу x16 приведет к отключению обоих подключений видеокарт до восьми полос . Добавление третьего графического процессора приведет к отключению подключеной первой карты к x8, а к подключению второй и третьей карт - к x4. 

Вот почему многие люди, которые запускают установки с несколькими GPU, предпочитают архитектуры энтузиастов Intel, такие как Sandy Bridge-E и  Ivy Bridge-E так как некоторые Процессоры с технологией Ivy Bridge-E имеют возможность до сорока полос в PCIe 3.0 . Этого достаточно, чтобы запустить две карты по x16 и одну на x8, одну карту на x16 и три карты на x8 или одну на x16, две на x8 и еще две на x4.

Это важно для производительности?

Два графических процессора PCIe 3.0, работающие на x8 каждый на материнской плате PCIe 3.0, имеют примерно такую ​​же пропускную способность, что и два графических процессора PCIe 2.0, работающих на x16 - первый набор работает со скоростью 7,88 ГБ / с каждый, а второй второй работает со скоростью 8 ГБ / с. Если ваша материнская плата или видеокарта ограничена подключением PCIe 2.0, вы будете зависать из за более медленного интерфейса.

TechPowerUp продемонстрировал огромный объем производительности PCIe. В то время они тестировали две мощные карты с одним GPU - AMD Radeon HD 7970 и Nvidia GeForce GTX 680 - на x4, x8 и x16 с использованием PCIe 1.1, 2.0 и 3.0, все на одной материнской плате. Это, безусловно, лучший тест, который я когда-либо видел на масштабировании полосы пропускания PCIe. На странице сводки производительности собраны относительные результаты с первого взгляда.

Как и следовало ожидать, эквивалентные конфигурации пропускной способности работают примерно одинаково. Цитируем авторов TechPowerUp : «Наше тестирование подтверждает, что современные графические карты отлично работают при меньшей скорости шины, однако производительность ухудшает скорость работы шины. Все вплоть до x16 1.1 и его эквивалентов (x8 2.0, x4 3.0) обеспечивает достаточную игровую производительность даже при использовании новейшего графического оборудования, теряя всего лишь 5% в среднем в худшем случае. [выделено мной] Только на более низких скоростях мы видим резкие потери частоты кадров, что оправдывало бы действие ».

Самая интересная часть этих результатов - это вывод о том, что самые мощные графические карты прошлого года отлично работают на PCIe 2.0 x8 или даже PCIe 3.0 x4. Это означает, что трехсторонний SLI или CrossFireX должен быть жизнеспособным, даже в x8 / x4 / x4, на Ivy Bridge или рабочих столах Haswell . Но даже если у вас нет PCIe 3.0, вы не пропустите большую производительность на x8 на подключении PCIe 2.0.

Двойная пропускная способность PCIe 3.0 x16 по сравнению с PCIe 2.0, похоже, пока не имеет большого значения. Ryan Smith от AnandTech протестировал две Nvidia GeForce GTX Titans - самые быстрые карты с одним GPU в SLI на PCIe 3.0 и 2.0 и в лучшем случае обеспечила улучшение производительности на 57 % по сравнению с 5760 x 1200.

Так что это хорошая новость для людей со старыми материнскими платами или видеокартами. Если у вас есть хотя бы PCI Express 2.0 x8, вы вряд ли оставите какую-либо надежду на производительность , даже на самых быстрых картах.

Интерфейс Thunderbolt

Thunderbolt - это интерфейс передачи данных, который может проходить через сигналы PCI Express и DisplayPort в зависимости от того, к чему он подключен. Контроллер Thunderbolt состоит из двух двунаправленных каналов данных, причем каждый канал содержит вход и выходную полосу. 

Микросхемы Thunderbolt на каждом конце кабеля используются как в DisplayPort 1.1a, как и в четырехполосной шине PCIe 2.0. Каждый канал независим и может либо переносить DisplayPort, либо PCIe, но не оба. Каждое направление в каждом канале имеет теоретическую максимальную пропускную способность 10 Гбит / с - то же, что и две полосы PCIe 2.0. Как обсуждалось выше, из-за кодирования 8b / 10b то 20 процентов теоретического предела PCI Express 2.0 посвящено служебным нагрузкам сигнала, поэтому максимальная теоретическая пропускная способность одного канала Thunderbolt составляет 1 ГБ / с в каждом направлении.

В Thunderbolt для первого поколения это так же быстро на сколько это возможно, поскольку каждое устройство может получить доступ только к одному из двух каналов, и вы не можете их комбинировать. Передача данных происходит довольно быстро, так как вы можете отправлять видео высокого разрешения на монитор DisplayPort со скоростью 10 Гбит / с по одному каналу, одновременно считывая 1 ГБ / с с SSD RAID .

Итак, сколько производительности вы можете вытащить из соединения Thunderbolt?

В пример: Gordon Ung at Maximum PC записывает максимальную скорость чтения 931 МБ / с при чтении с RAID 0 четырех SSD SandForce SF-2281 на 240 ГБ в шасси Pegasus R4.

Четырехпотоковый RAID 0 SSD будет довольно быстрым для соединения Thunderbolt первого поколения. Двухдисковый RAID 0 может приближаться к скорости отдельных дисков  , хороший SSD с пропускной способностью 6 Гбит / с может достигать 515 Мбайт / с. RAID 0 из двух 6 Гбит / с SSD может легко насытить соединение 10 Гбит / с, доступное в Thunderbolt первого поколения.

Очень короткая заметка о производительности PCIe SSD (по сравнению с Thunderbolt)

Несмотря на ограничения в Thunderbolt первого поколения, он по-прежнему намного лучше внешнего интерфейса для хранения данных, чем USB 3.0.

Жёсткий SSD диск OCZ RevoDrive 3 x2, подключенный к PCIe SSD, может достигать максимума 1,5 ГБ / с в некоторых последовательных тестах чтения на PCIe 2.0 x4-соединении. Этот диск использует контроллер SAS-PCIe, а не контроллер SATA для RAID-карты для подключения PCIe, но, безусловно, это не может объяснить всю разницу в скорости. В конце концов, Thunderbolt - это соединение PCIe 2.0 x4, верно?

Следующая версия Thunderbolt

Следующая версия Thunderbolt, искусно названная Thunderbolt 2, позволит вам объединить оба канала в один, с теоретическим максимумом 20 Гбит / с (2 ГБ / с, после кодирования), позволяя устройствам использовать все четыре полосы PCIe 2.0 в соединении Thunderbolt , Это также увеличивает пропускную способность на стороне дисплея; вы сможете транслировать 4K-видео на этот фантастический монитор 4K, который у вас есть. Пока Thunderbolt 2 доступен только на нескольких материнских платах от Asus

servis2010.ru

Пропускная способность шины pci Express

Пропускная способностьсоединенияlaneсоставляет 2,5 Гбит/с. Для расчета пропускной способности соединенияlinkнеобходимо учесть то, что в каждом соединении передачадуплексная, а также учесть применение кодирования8B/10B(8 бит в 10). Например, дуплексная пропускная способность соединения1x(P1x) составляет:

ГБ/с

где 2,5 — пропускная способность одного lane, Гбит/с;

2 — учёт того, что соединение 1xсостоит из двухlane;

0,8 — коэффициент, учитывающий использование кода 8B/10B;

— коэффициент для перевода Гбит/с в ГБ/с.

Пропускная способность, с учётом двунаправленной передачи, для шин PCI Express с разным количеством связей указана в таблице:

Используется связей

1x

2x

4x

8x

12x

16x

32x

Пропускная способность PCI Express 1.0, ГБ/c

0,5

1

2

4

6

8

16

Пропускная способность PCI Express 2.0, ГБ/c

1

2

4

8

12

16

32

Форм-факторы

  • Низкопрофильные карты

  • Mini Card — замена форм-фактора Mini PCI. На разъём Mini Card выведены шины: x1 PCIe, USB 2.0 и SMBus.

  • ExpressCard — подобен форм-фактору PCMCIA. На разъём Mini Card выведены шины x1 PCIe и USB 2.0, карты ExpressCard поддерживают горячее подключение.

  • AdvancedTCA— форм-фактор для телекоммуникационного оборудования.

  • Кабельные спецификации PCI Express позволяют доводить длину одного соединения до десятков, а то и сотен метров, что делает возможным создание «разобранных» ЭВМ.

  • Mobile PCI Express Module — промышленный форм-фактор, созданный для ноутбуков фирмой NVIDIA.

Конкурирующие протоколы

Кроме PCI Express существует ещё ряд высокоскоростных стандартизованных последовательных интерфейсов, вот только некоторые из них: HyperTransport,InfiniBand,RapidIO, иStarFabric. Каждый интерфейс имеет своих сторонников среди промышленных компаний, так как на разработку спецификаций протоколов уже ушли значительные суммы, и каждый консорциум стремится подчеркнуть преимущества именно своего интерфейса над другими.

Стандартизированный высокоскоростной интерфейс с одной стороны должен обладать гибкостью и расширяемостью, а с другой стороны должен обеспечивать низкое время задержки и невысокие накладные расходы (т.е. доля служебной информации пакета не должна быть велика). В сущности, различия между интерфейсами заключаются именно в выбраном компромисе между этими двумя взаимопротиворечащими направлениями.

К примеру, дополнительная служебная маршрутная информация в пакете позволяет организовать сложную и гибкую маршрутизацию пакета, но увеличивает накладные расходы на обработку пакета, также снижается пропускная способность интерфейса, усложняется программное обеспечение, которое инициализирует и настраивает устройства, подключенные к интерфейсу. При необходимости обеспечения горячего подключения устройств необходимо специальное программное обеспечение, которое бы отслеживало изменение в топологии сети. Примерами интерфейсов, которые приспособлены для этого являются RapidIO, InfiniBand и StarFabric.

В то же время, укорачивая пакеты можно уменьшить задержку при передаче данных, что является важным требованием к интерфейсу памяти. Но небольшой размер пакетов приводит к тому, что доля служебных полей пакета увеличивается, что снижает эффективную пропускную способность интерфейса. Примером интерфейса такого типа является HyperTransport.

Положение PCI Express — между описанными подходами, так как шина PCI Express предназначена для работы в качестве локальной шины, нежели шины процессор-память или сложной маршрутизируемой сети. Кроме того, PCI Express изначально задумывалась как шина, логически совместимая с шиной PCI, что также внесло свои ограничения.

studfiles.net

Пропускная способность шины pci Express

Пропускная способность соединения lane составляет 2,5 Гбит/с. Для расчета пропускной способности соединения link необходимо учесть то, что в каждом соединении передача дуплексная, а также учесть применение кодирования 8B/10B. Например, дуплексная пропускная способность соединения 1x составляет:

P1x = (2,5 · 2 · 0,8)/8 = 0,5 Гбайт/с,

где 2,5 – пропускная способность одного lane, Гбит/с; 2 – учет того, что соединение 1x состоит из двух lane; 0,8 – коэффициент, учитывающий использование кода 8B/10B; 8 – коэффициент для перевода Гбит/с в Гбайт/с. Пропускная способность, с учетом двунаправленной передачи, для шин PCI Express с разным количеством связей составляет следующие величины:

Используется связей

1x

2x

4x

8x

12x

16x

32x

Пропускная способность, Гбайт/с

0,5

1

2

4

6

8

16

Стандарт PCMCIA. Устройства, соответствующие первой версии данного стандарта, разрабатывались в качестве альтернативы приводов гибких дисков в портативных компьютерах.

PCMCIA-устройства используются как платы расширения для модулей памяти модемов, SCSI-адаптеров, сетевых карт, звуковых карт, винчестеров, флеш-памяти. Разъем PCMCIA размещается в стандартном отсеке с форм-фактором 3,5 или 5,25 дюйма. Первая версия стандарта поддерживала все шины памяти, включая DRAM, SRAM, PSRAM, ROM, PROM, UVEPROM, EEPROM, FLASH.

Во второй версии спецификации стандарта появились: поддержка устройств ввода-вывода, дополнительный сервис для модулей флеш-памяти, поддержка модулей с двойным напряжением питания и XIP-механизм.

XIP-механизм обеспечивает выполнение программ непосредственно в пространстве PCMCIA-модуля памяти, экономя тем самым системную память компьютера. Вместе со второй версией ассоциация PCMCIA разработала новую спецификацию SSIS, которая устанавливает стандартный набор системных приводов для работы с PCMCIA-модулями. SSIS выполнена в виде BIOS, что позволяет сохранить независимость аппаратных средств, гарантируя при этом программную совместимость. Позднее был предложен более высокий уровень программных операций в PCMCIA-модулях Card Services. Новая версия спецификации позволяет называть PCMCIA-модули просто PC Cards.

Стандарт PCMCIA для связи между PC Card и соответствующим устройством адаптера или портом компьютера определяет 68- контактный механический соединитель. 16 разрядов на нем выделены под данные, 26 разрядов – под адрес, что позволяет непосредственно адресовать 64 Мбайта памяти. Хотя некоторые выводные контакты предназначены для сигналов, необходимых при работе с памятью, эти же контакты могут использоваться и для сигналов, рассчитанных на работу с устройствами ввода-вывода. Для этого необходима переконфигурация выводов.

На стороне модуля PC Card расположен разъем–розетка, а на стороне компьютера – соединитель–вилка, кроме того, стандарт определяет три различных длины контактов соединителей вилки, так как подключение и отключение PC Card может происходить при работающем компьютере, то для этого надо, чтобы на модуль сначала подалось напряжение питания, а уж затем – напряжение сигнальных линий, соответствующие контакты которых имеют большую длину.

Вторая версия PCMCIA определяет только три типа габаритных размеров для PC Card: тип 1, тип 2 и тип 3. Два первых типа ограничивают размеры PC Card до 54 мм в ширину и 85,6 мм в длину. PCMCIA-модули первого типа имеют толщину 3,3 мм, второго типа – 5 мм в середине и 3,3 мм по краям. PC Card третьего типа имеют толщину 10,5 мм, для них необходимы слоты двойной высоты, толщина по краям 3,3 мм. В таких модулях размещают 1,3-дюймовые винчестеры. В добавление ко второй версии стандарта представляют увеличение длины первого и второго типа до 5,73 дюйма. Эта конструкция используется для модулей модемов, на которых устанавливается разъем RJ-11. Кроме габаритных размеров стандарт предписывает размещение переключателя защиты записи внутреннего источника тока, марки изготовителя, температурные режимы (0...55 °С).

studfiles.net

Пропускная способность шины PCI Express — Мегаобучалка

Пропускная способность соединения lane составляет 2,5 Гбит/с. Для расчета пропускной способности соединения link необходимо учесть то, что в каждом соединении передача дуплексная, а также учесть применение кодирования 8B/10B. Например, дуплексная пропускная способность соединения 1x составляет:

P1x = (2,5 · 2 · 0,8)/8 = 0,5 Гбайт/с,

где 2,5 – пропускная способность одного lane, Гбит/с; 2 – учет того, что соединение 1x состоит из двух lane; 0,8 – коэффициент, учитывающий использование кода 8B/10B; 8 – коэффициент для перевода Гбит/с в Гбайт/с. Пропускная способность, с учетом двунаправленной передачи, для шин PCI Express с разным количеством связей составляет следующие величины:

Используется связей 1x 2x 4x 8x 12x 16x 32x
Пропускная способность, Гбайт/с 0,5

Стандарт PCMCIA. Устройства, соответствующие первой версии данного стандарта, разрабатывались в качестве альтернативы приводов гибких дисков в портативных компьютерах.

PCMCIA-устройства используются как платы расширения для модулей памяти модемов, SCSI-адаптеров, сетевых карт, звуковых карт, винчестеров, флеш-памяти. Разъем PCMCIA размещается в стандартном отсеке с форм-фактором 3,5 или 5,25 дюйма. Первая версия стандарта поддерживала все шины памяти, включая DRAM, SRAM, PSRAM, ROM, PROM, UVEPROM, EEPROM, FLASH.

Во второй версии спецификации стандарта появились: поддержка устройств ввода-вывода, дополнительный сервис для модулей флеш-памяти, поддержка модулей с двойным напряжением питания и XIP-механизм.

XIP-механизм обеспечивает выполнение программ непосредственно в пространстве PCMCIA-модуля памяти, экономя тем самым системную память компьютера. Вместе со второй версией ассоциация PCMCIA разработала новую спецификацию SSIS, которая устанавливает стандартный набор системных приводов для работы с PCMCIA-модулями. SSIS выполнена в виде BIOS, что позволяет сохранить независимость аппаратных средств, гарантируя при этом программную совместимость. Позднее был предложен более высокий уровень программных операций в PCMCIA-модулях Card Services. Новая версия спецификации позволяет называть PCMCIA-модули просто PC Cards.

Стандарт PCMCIA для связи между PC Card и соответствующим устройством адаптера или портом компьютера определяет 68- контактный механический соединитель. 16 разрядов на нем выделены под данные, 26 разрядов – под адрес, что позволяет непосредственно адресовать 64 Мбайта памяти. Хотя некоторые выводные контакты предназначены для сигналов, необходимых при работе с памятью, эти же контакты могут использоваться и для сигналов, рассчитанных на работу с устройствами ввода-вывода. Для этого необходима переконфигурация выводов.

На стороне модуля PC Card расположен разъем–розетка, а на стороне компьютера – соединитель–вилка, кроме того, стандарт определяет три различных длины контактов соединителей вилки, так как подключение и отключение PC Card может происходить при работающем компьютере, то для этого надо, чтобы на модуль сначала подалось напряжение питания, а уж затем – напряжение сигнальных линий, соответствующие контакты которых имеют большую длину.

Вторая версия PCMCIA определяет только три типа габаритных размеров для PC Card: тип 1, тип 2 и тип 3. Два первых типа ограничивают размеры PC Card до 54 мм в ширину и 85,6 мм в длину. PCMCIA-модули первого типа имеют толщину 3,3 мм, второго типа – 5 мм в середине и 3,3 мм по краям. PC Card третьего типа имеют толщину 10,5 мм, для них необходимы слоты двойной высоты, толщина по краям 3,3 мм. В таких модулях размещают 1,3-дюймовые винчестеры. В добавление ко второй версии стандарта представляют увеличение длины первого и второго типа до 5,73 дюйма. Эта конструкция используется для модулей модемов, на которых устанавливается разъем RJ-11. Кроме габаритных размеров стандарт предписывает размещение переключателя защиты записи внутреннего источника тока, марки изготовителя, температурные режимы (0...55 °С).

8.4. Контрольные вопросы и задания

← 8.3. Системные шины и слоты расширения 9.1. Классификация и основные параметры ЗУ.... →

1. Опишите классификацию ЭВМ.

2. Расскажите об основных элементах персонального компьютера (ПК).

3. Клавиатура, ее назначение и функциональность.

4. Монитор, его назначение и функциональность.

5. Типы представления инструкций микропроцессора.

6. Классификация ЭВМ по принципу применения.

7. Что включают в себя электронно-вычислительные центры?

8. Что такое Микро-ЭВМ?

9. Что входит в базовую конфигурацию ПК?

10. Что такое системный блок, монитор, клавиатура, мышь?

11. Классификация процессоров по конструктивному признаку. Какие процессоры в настоящее время получили наибольшее распространение?

12. Классификация процессоров по способу представления команд.

13. Перечислите характеристики первого процессора, выпущенного фирмой Intel в 1971 году.

14. Что означает термин «0,8-микронная технология»?

15. Что означает термин «0,25-микрометровая технология»?

16. Что понимается под термином «архитектура»?

17. Расскажите об архитектуре микропроцессора. Типы архитектуры микропроцессора.

18. Расскажите о тенденциях развития количественных характеристик современных процессоров.

19. Расскажите о назначении сопроцессора, приведите примеры использования.

20. Из чего состоит центральный процессор?

21. Что такое тактовая частота?

22. Какой параметр процессора определяет минимальную порцию информации?

23. Что такое конвейерная обработка информации?

24. Объясните принцип работы конвейерного выполнения команд процессора. Как оно влияет на быстродействие ЭВМ?

25. Расскажите о суперскалярной архитектуре процессора.

26. Расскажите о вычислениях с плавающей точкой.

27. Определение и функциональность арифметико-логического устройства (АЛУ).

28. Расскажите об основных функциях АЛУ.

29. Расскажите видах шин расширения ЭВМ.

30. Что называется центральным процессором, и какой структурой он обладает?

31. Назовите основные характеристики процессора.

32. Каковы основные характеристики шин?

33. Какие шины расширения Вы знаете?

34. Расскажите о шине расширения ISA.

35. Расскажите о шине расширения PCI.

36. Расскажите о шине расширения AGP.

37. Расскажите о шине расширения PCI Express x 16.

38. Расскажите о пропускной способности шины расширения.

39. Расскажите о «материнской» плате ПК.

megaobuchalka.ru

NVMe-накопители в разных режимах работы интерфейса PCI Express:

Если спросить, какой интерфейс следует использовать для твердотельного накопителя с поддержкой протокола NVMe, то любой человек (вообще знающий, что такое NVMe) ответит: конечно PCIe 3.0 x4! Правда, с обоснованием у него, скорее всего, возникнут сложности. В лучшем случае получим ответ, что такие накопители поддерживают PCIe 3.0 x4, а пропускная способность интерфейса имеет значение. Иметь-то имеет, однако все разговоры об этом начались только тогда, когда некоторым накопителям на некоторых операциях стало тесно в рамках «обычного» SATA. Но ведь между его 600 МБ/с и (столь же теоретическими) 4 ГБ/с интерфейса PCIe 3.0 x4 — просто пропасть, причем заполненная массой вариантов! А вдруг и одной линии PCIe 3.0 хватит, поскольку это уже в полтора раза больше SATA600? Масла в огонь подливают производители контроллеров, грозящиеся в бюджетной продукции перейти на PCIe 3.0 x2, а также тот факт, что у многих пользователей и такого-то нет. Точнее, теоретически есть, но высвободить их можно, лишь переконфигурировав систему или даже что-то в ней поменяв, чего делать не хочется. А вот купить топовый твердотельный накопитель — хочется, но есть опасения, что пользы от этого не будет совсем никакой (даже морального удовлетворения от результатов тестовых утилит).

Но так это или нет? Иными словами, нужно ли действительно ориентироваться исключительно на поддерживаемый режим работы — или все-таки на практике можно поступиться принципами? Именно это мы сегодня и решили проверить. Пусть проверка будет быстрой и не претендующей на исчерпывающую полноту, однако полученной информации должно оказаться достаточно (как нам кажется) хотя бы для того, чтобы задуматься... А пока вкратце ознакомимся с теорией.

PCI Express: существующие стандарты и их пропускная способность

Начнем с того, что́ представляет собой PCIe и с какой скоростью этот интерфейс работает. Часто его называют «шиной», что несколько неверно идеологически: как таковой шины, с которой соединены все устройства, нет. На деле имеется набор соединений «точка—точка» (похожий на многие другие последовательные интерфейсы) с контроллером в середине и присоединенными к нему устройствами (каждое из которых само по себе может быть и концентратором следующего уровня).

Первая версия PCI Express появилась почти 15 лет назад. Ориентация на использование внутри компьютера (нередко — и в пределах одной платы) позволила сделать стандарт скоростным: 2,5 гигатранзакции в секунду. Поскольку интерфейс последовательный и дуплексный, одна линия PCIe (x1; фактически атомарная единица) обеспечивает передачу данных на скоростях до 5 Гбит/с. Однако в каждом направлении — лишь половина от этого, т. е. 2,5 Гбит/с, причем это полная скорость интерфейса, а не «полезная»: для повышения надежности каждый байт кодируется 10 битами, так что теоретическая пропускная способность одной линии PCIe 1.x составляет примерно 250 МБ/с в каждую сторону. На практике нужно еще передавать служебную информацию, и в итоге правильнее говорить о ≈200 МБ/с передачи пользовательских данных. Что, впрочем, на тот момент времени не только покрывало потребности большинства устройств, но и обеспечивало солидный запас: достаточно вспомнить, что предшественница PCIe в сегменте массовых системных интерфейсов, а именно шина PCI, обеспечивала пропускную способность в 133 МБ/с. И даже если рассматривать не только массовую реализацию, но и все варианты PCI, то максимумом были 533 МБ/с, причем на всю шину, т. е. такая ПС делилась на все подключенные к ней устройства. Здесь же 250 МБ/с (поскольку и для PCI приводится обычно полная, а не полезная пропускная способность) на одну линию — в монопольном использовании. А для устройств, которым нужно больше, изначально была предусмотрена возможность агрегирования нескольких линий в единый интерфейс, по степеням двойки — от 2 до 32, т. е. предусмотренный стандартом вариант х32 в каждую сторону мог передавать уже до 8 ГБ/с. В персональных компьютерах х32 не использовался из-за сложности создания и разведения соответствующих контроллеров и устройств, так что максимумом стал вариант с 16 линиями. Использовался он (да и сейчас используется) в основном видеокартами, поскольку большинству устройств столько не требуется. Вообще, немалому их количеству и одной линии вполне достаточно, но некоторые применяют с успехом и х4, и х8: как раз по накопительной теме — RAID-контроллеры или SSD.

Время на месте не стояло, и около 10 лет назад появилась вторая версия PCIe. Улучшения касались не только скоростей, но и в этом отношении был сделан шаг вперед — интерфейс начал обеспечивать 5 гигатранзакций в секунду с сохранением той же схемы кодирования, т. е. пропускная способность удвоилась. И еще раз она удвоилась в 2010 году: PCIe 3.0 обеспечивает 8 (а не 10) гигатранзакций в секунду, но избыточность уменьшилась — теперь для кодирования 128 бит используется 130, а не 160, как ранее. В принципе, и версия PCIe 4.0 с очередным удвоением скоростей уже готова появиться на бумаге, но в ближайшее время в железе мы ее массово вряд ли увидим. На самом деле и PCIe 3.0 до сих пор в массе платформ используется совместно с PCIe 2.0, потому что и производительность последней для многих сфер применения просто... не нужна. А где нужна — работает старый добрый метод агрегации линий. Только каждая из них стала за прошедшие годы вчетверо быстрее, т. е. PCIe 3.0 х4 — это PCIe 1.0 x16, самый быстрый слот в компьютерах середины нулевых. Именно этот вариант поддерживают топовые контроллеры SSD, и именно его рекомендуется использовать. Понятно, что если такая возможность есть — много не мало. А если ее нет? Будут ли возникать какие-то проблемы, и если да, то какие? Вот с этим-то вопросом нам и предстоит разобраться.

Методика тестирования

Провести тесты с разными версиями стандарта PCIe несложно: практически все контроллеры позволяют использовать не только поддерживаемый ими, но и все более ранние. Вот с количеством линий — сложнее: нам хотелось непосредственно протестировать и варианты с одной-двумя линиями PCIe. Используемая нами обычно плата Asus H97-Pro Gamer на чипсете Intel H97 полного набора не поддерживает, но кроме «процессорного» слота х16 (который обычно и используется) на ней есть еще один, работающий в режимах PCIe 2.0 х2 или х4. Вот этой тройкой мы и воспользовались, добавив к ней еще и режим PCIe 2.0 «процессорного» слота, дабы оценить, есть ли разница. Все-таки в этом случае между процессором и SSD посторонних «посредников» нет, а вот при работе с «чипсетным» слотом — есть: собственно чипсет, фактически соединяющийся с процессором тем же PCIe 2.0 x4. Можно было добавить еще несколько режимов работы, но основную часть исследования мы все равно собирались провести на другой системе.

Дело в том, что мы решили воспользоваться случаем и заодно проверить одну «городскую легенду», а именно поверие о полезности использования топовых процессоров для тестирования накопителей. Вот и взяли восьмиядерный Core i7-5960X — родственника обычно применяемого в тестах Core i3-4170 (это Haswell и Haswell-E), но у которого ядер в четыре раза больше. Кроме того, обнаруженная в закромах плата Asus Sabertooth X99 нам сегодня полезна наличием слота PCIe x4, на деле способного работать как х1 или х2. В этой системе мы протестировали три варианта х4 (PCIe 1.0/2.0/3.0) от процессора и чипсетные PCIe 1.0 х1, PCIe 1.0 х2, PCIe 2.0 х1 и PCIe 2.0 х2 (во всех случаях чипсетные конфигурации отмечены на диаграммах значком (c)). Есть ли смысл сейчас обращаться к первой версии PCIe, с учетом того, что вряд ли найдется хоть одна плата с поддержкой только этой версии стандарта, способная загрузиться с NVMe-устройства? С практической точки зрения — нет, а вот для проверки априори предполагаемого соотношения PCIe 1.1 х4 = PCIe 2.0 х2 и подобных оно нам пригодится. Если проверка покажет, что масштабируемость шины соответствует теории, значит, и неважно, что нам не удалось пока получить практически значимые способы подключения PCIe 3.0 x1/х2: первый будет идентичен как раз PCIe 1.1 х4 или PCIe 2.0 х2, а второй — PCIe 2.0 х4. А они у нас есть.

В плане ПО мы ограничились только Anvil’s Storage Utilities 1.1.0: разнообразные низкоуровневые характеристики накопителей она измеряет неплохо, а ничего другого нам и не нужно. Даже наоборот: любое влияние других компонентов системы является крайне нежелательным, так что низкоуровневая синтетика для наших целей безальтернативна.

В качестве «рабочего тела» мы использовали Patriot Hellfire емкостью 240 ГБ. Как было установлено при его тестировании, это не рекордсмен по производительности, но его скоростные характеристики вполне соответствуют результатам лучших SSD того же класса и той же емкости. Да и более медленные устройства на рынке уже есть, причем их будет становиться все больше. В принципе, можно будет повторить тесты и с чем-нибудь более быстрым, однако, как нам кажется, необходимости в этом нет — результаты предсказуемы. Но не станем забегать вперед, а посмотрим, что же у нас получилось.

Результаты тестов

Тестируя Hellfire, мы обратили внимание на то, что максимальную скорость на последовательных операциях из него можно «выжать» лишь многопоточной нагрузкой, так что это тоже надо принимать во внимание на будущее: теоретическая пропускная способность на то и теоретическая, что «реальные» данные, полученные в разных программах по разным сценариям, будут больше зависеть не от нее, а от этих самых программ и сценариев — в том случае, конечно, когда не помешают обстоятельства непреодолимой силы :) Как раз такие обстоятельства мы сейчас и наблюдаем: выше уже было сказано, что PCIe 1.x x1 — это ≈200 МБ/с, и именно это мы и видим. Две линии PCIe 1.x или одна PCIe 2.0 — вдвое быстрее, и именно это мы и видим. Четыре линии PCIe 1.x, две PCIe 2.0 или одна PCIe 3.0 — еще вдвое быстрее, что подтвердилось для первых двух вариантов, так что и третий вряд ли будет отличаться. То есть в принципе масштабируемость, как и предполагалось, идеальная: операции линейные, флэш с ними справляется хорошо, так что интерфейс имеет значение. Флэш перестает справляться хорошо на PCIe 2.0 x4 для записи (значит, подойдет и PCIe 3.0 x2). Чтение «может» больше, но последний шаг дает уже полутора-, а не двукратный (каким он потенциально должен быть) прирост. Также отметим, что заметной разницы между чипсетным и процессорным контроллером нет, да и между платформами тоже. Впрочем, LGA2011-3 немного впереди, но на самую малость.

Все ровно и красиво. Но шаблоны не рвет: максимум в этих тестах составляет лишь немногим больше 500 МБ/с, а это вполне по силам даже SATA600 или (в приложении к сегодняшнему тестированию) PCIe 1.0 х4 / PCIe 2.0 х2 / PCIe 3.0 х1. Именно так: не стоит пугаться выпуску бюджетных контроллеров под PCIe х2 или наличию лишь такого количества линий (причем версии стандарта 2.0) в слотах М.2 на некоторых платах, когда больше-то и не нужно. Иногда и столько не нужно: максимальные результаты достигнуты при очереди в 16 команд, что для массового ПО не типично. Чаще встречается очередь с 1-4 командами, а для этого обойтись можно и одной линией самого первого PCIe и даже самым первым SATA. Впрочем, накладные расходы и прочее имеют место быть, так что быстрый интерфейс полезен. Однако излишне быстрый — разве что не вреден.

А еще в этом тесте по-разному ведут себя платформы, причем с единичной очередью команд — принципиально по-разному. «Беда» вовсе не в том, что много ядер — плохо. Они тут все равно не используются, разве что одно, и не настолько, чтоб вовсю развернулся буст-режим. Вот и имеем разницу где-то в 20% по частоте ядер и полтора раза по кэш-памяти — она в Haswell-E работает на более низкой частоте, а не синхронно с ядрами. В общем, топовая платформа может пригодиться разве что для вышибания максимума «йопсов» посредством максимально многопоточного режима с большой глубиной очереди команд. Жаль только, что с точки зрения практической работы это совсем уж сферическая синтетика в вакууме :)

На записи положение дел принципиально не изменилось — во всех смыслах. Но, что забавно, на обеих системах самым быстрым оказался режим PCIe 2.0 х4 в «процессорном» слоте. На обеих! И при многократных проверках/перепроверках. Тут уж поневоле задумаешься, нужны ли эти ваши новые стандарты или лучше вообще никуда не торопиться...

При работе с блоками разного размера теоретическая идиллия разбивается о то, что повышение скорости интерфейса все же имеет смысл. Результирующие цифры такие, что хватило бы пары линий PCIe 2.0, но реально в таком случае производительность ниже, чем у PCIe 3.0 х4, пусть и не в разы. И вообще тут бюджетная платформа топовую «забивает» в куда большей степени. А ведь как раз такого рода операции в основном в прикладном ПО и встречаются, т. е. эта диаграмма — наиболее приближенная к реальности. В итоге нет ничего удивительного, что никакого «вау-эффекта» толстые интерфейсы и модные протоколы не дают. Точнее, переходящему с механики — дадут, но ровно такой же, какой ему обеспечит любой твердотельный накопитель с любым интерфейсом.

Итого

Для облегчения восприятия картины по больнице в целом мы воспользовались выдаваемым программой баллом (суммарным — по чтению и записи), проведя его нормирование по «чипсетному» режиму PCIe 2.0 x4: на данный момент именно он является наиболее массово доступным, поскольку встречается даже на LGA1155 или платформах AMD без необходимости «обижать» видеокарту. Кроме того, он эквивалентен PCIe 3.0 x2, который готовятся освоить бюджетные контроллеры. Да и на новой платформе AMD АМ4, опять же, именно этот режим как раз можно получить без влияния на дискретную видеокарту.

Итак, что мы видим? Применение PCIe 3.0 x4 при наличии возможности является, безусловно, предпочтительным, но не необходимым: NVMe-накопителям среднего класса (в своем изначально топовом сегменте) он приносит буквально 10% дополнительной производительности. Да и то — за счет операций в общем-то не столь уж часто встречающихся на практике. Для чего же в данном случае реализован именно этот вариант? Во-первых, была такая возможность, а запас карман не тянет. Во-вторых, есть накопители и побыстрее, чем наш тестовый Patriot Hellfire. В-третьих, есть такие области деятельности, где «атипичные» для настольной системы нагрузки — как раз вполне типичные. Причем именно там наиболее критично быстродействие системы хранения данных или, по крайней мере, возможность сделать ее часть очень быстрой. Но к обычным персональным компьютерам это все не относится.

В них, как видим, и использование PCIe 2.0 x2 (или, соответственно, PCIe 3.0 х1) не приводит к драматическому снижению производительности — лишь на 15-20%. И это несмотря на то, что потенциальные возможности контроллера в этом случае мы ограничили в четыре раза! Для многих операций и такой пропускной способности достаточно. Вот одной линии PCIe 2.0 уже недостаточно, поэтому контроллерам имеет смысл поддерживать именно PCIe 3.0 — и в условиях жесткой нехватки линий в современной системе это будет работать неплохо. Кроме того, полезна ширина х4 — даже при отсутствии поддержки современных версий PCIe в системе она все равно позволит работать с нормальной скоростью (пусть и медленнее, чем могло бы потенциально), если найдется более-менее широкий слот.

В принципе, большое количество сценариев, в которых узким местом оказывается собственно флэш-память (да, это возможно и присуще не только механике), приводит к тому, что четыре линии третьей версии PCIe на этом накопителе обгоняют одну первой примерно в 3,5 раза — теоретическая же пропускная способность этих двух случаев различается в 16 раз. Из чего, разумеется, не следует, что нужно спешно бежать осваивать совсем медленные интерфейсы — их время ушло безвозвратно. Просто многие возможности быстрых интерфейсов могут быть реализованы лишь в будущем. Или в условиях, с которыми обычный пользователь обычного компьютера никогда в жизни непосредственно не столкнется (за исключением любителей меряться известно чем). Собственно, и всё.

www.ixbt.com

Пропускная способность шины pci Express

Пропускная способность соединения lane составляет 2,5 Гбит/с. Для расчета пропускной способности соединения link необходимо учесть то, что в каждом соединении передача дуплексная, а также учесть применение кодирования 8B/10B (8 бит в 10). Например, дуплексная пропускная способность соединения 1x составляет:

P1x=(2.5*2*0.8)/8=0.5 ГБ/с

где 2,5 — пропускная способность одного lane, Гбит/с; 2 — учет того, что соединение 1x состоит из двух lane; 0,8 — коэффициент, учитывающий использование кода 8B/10B; 8 — коэффициент для перевода Гбит/с в ГБ/с. Пропускная способность, с учетом двунаправленной передачи, для шин PCI Express с разным количеством связей указана в таблице:

Стандарт PCMCIA - Устройства соответствующие первой версии данного стандарта разрабатывались в качестве альтернативы приводов гибких дисков в портативных компьютерах.

PCMCIA устройства используются как платы расширения для модулей памяти модемов, SCSI адаптеров, сетевых карт, звуковых карт, винчестеров, флеш памяти. Разъем PCMCIA размещается в стандартном отсеке с форм фактором 3,5 или 5,25 дюйма. Первая версия стандарта поддерживала все шины памяти, включая: DRAM (SRAM, PSRAM, ROM, PROM, UVEPROM, EEPROM, FLASH).

Во второй версии спецификации стандарта появились: поддержка устройств ввода вывода, дополнительный сервис для модулей флеш памяти, поддержка модулей с двойным напряжением питания и XIP механизм.

XIP механизм обеспечивает выполнение программ непосредственно в пространстве PCMCIA модуля памяти, экономя тем самым системную память компьютера. Вместе со второй версией ассоциация PCMCIA разработала новую спецификацию SSIS, которая устанавливает стандартный набор системных приводов для работы с PCMCIA модулей. SSIS выполнена в виде BIOS, что позволяет сохранить независимость аппаратных средств, гарантируя при этом программную совместимость. Позднее был предложен более высокий уровень программных операций в PCMCIA модулях Card Services. Новая версия спецификации позволяет называть PCMCIA модули просто PC Cards.

Стандарт PCMCIA для связи между PC Card и соответствующим устройством адаптера или портом компьютера определяет 68 контактный механический соединитель. 16 разрядов на нем выделены под данные, 26 разрядов под адрес, что позволяет непосредственно адресовать 64 Мбайта памяти. Хотя некоторые выводные контакты предназначены для сигналов необходимых при работе с памятью, эти же контакты могут использоваться и для сигналов рассчитанных на работу с устройствами ввода вывода. Для этого необходима переконфигурация выводов.

На стороне модуля PC Card расположен разъем розетка, ан стороне компьютера соединитель вилка, кроме того, стандарт определяет 3 различных длины контактов соединителей вилки, т.к. подключение и отключение PC Card может происходить при работающем компьютере, то для этого надо, чтобы на модуль сначала подалось напряжение питания, а уж затем напряжение сигнальных линий, соответствующие контакты которых выполнены более длинными.

Вторая версия PCMCIA определяет только 3 типа габаритных размеров для PC Card: тип 1, тип 2 и тип 3. Два первых типа ограничивают размеры PC Card до 54мм в ширину и 85,6мм в длину. PCMCIA модули первого типа имеют толщину 3,3мм, второго типа 5мм в середине и 3,3мм по краям. PC Card третьего типа имеют толщину 10,5мм, для них необходимы слоты двойной высоты, толщина по краям 3,3мм. В таких модулях размещают 1,3 дюймовые винчестеры. В добавление ко второй версии стандарта представляют увеличение длины 1 и 2 типа до 5,73 дюйма. Эта конструкция используется для модулей модемов, на которых устанавливается разъем RJ-11. Кроме габаритных размеров стандарт предписывает размещение переключателя защиты записи внутреннего источника тока, марки изготовителя, температурные режимы (0-55 0С).

studfiles.net

Пропускная способность шин PCI и PCI-X

Декларируемая высокая пропускная способность шины достигается только в длинных пакетных циклах, однако пакетные циклы выполняются далеко не всегда. Процессор общается с устройствами PCI инструкциями обращения к памяти или вводу-выводу через главный мост, который шинные транзакции процессора транслирует в транзакции шины PCI. Поскольку у процессоров х86 основные регистры 32-битные, то одна инструкция порождает транзакцию с устройством PCI, в которой передается не более 4 байт данных, что соответст­вует одиночной передаче. Однако при записи массива данных в устройство PCI (передача с последовательно нарастающим адресом) мост может пытаться орга­низовать пакетные циклы. Пакетные циклы записи можно наблюдать, напри­мер, передавая массив данных из ОЗУ в устройство PCI строковой инструкцией MOVSD, используя префикс повтора REP. Тот же эффект даст и цикл последова­тельных операций LODSW, STOSW (и иных инструкций обращения к памяти). Одна­ко если пересылка данных организуется директивой языка высокого уровня, которая ради универсальности работает гораздо сложнее вышеприведенных ас­семблерных примитивов, транзакции, скорее всего, будут уже одиночными. Что касается чтения из устройства PCI, то здесь пакетный режим организовать сложнее. Посмотреть, каким образом происходит обращение к устройству, не­сложно при наличии осциллографа: в одиночных транзакциях сигнал FRAMES активен в течение всего одного такта, в пакетных он длиннее.

Стремиться к пакетной передаче транзакций записи стоит только в том случае, если устройство PCI поддерживает пакетные передачи в ведомом (target) ре­жиме. Если это не так, попытка пакетной передачи приведет даже к небольшой потере производительности.

При одиночных транзакциях на стандартной шине PCI достижима максималь­ная скорость чтения 33 Мбайт/с, скорость записи может достигать 66 Мбайт/с. Скорость, соизмеримую с максимальной пиковой, можно получить только при пакетных передачах. При длине пакета 16 байт (4 фазы данных) достижима скорость чтения 76 Мбайт/с и скорость записи 106,6 Мбайт/с. При шестнадца­ти фазах данных скорость чтения может достигать 112 Мбайт/с, а записи — 125 Мбайт/с. В этих выкладках не учитываются потери времени, связанные со сменой инициатора.

Итак, для выхода на максимальную производительность обмена устройства PCI сами должны быть ведущими устройствами шины, причем способными ге­нерировать пакетные циклы. Радикально повысить пропускную способность позволяет переход на частоту 66 МГц и разрядность 64 бита, что обходится не­дешево. Для того чтобы на шине могли нормально работать устройства, критич­ные ко времени доставки данных (сетевые адаптеры, устройства, участвующие в записи и воспроизведении аудио- и видеоданных, и др.), не следует пытаться «выжать» из шины ее декларированную полосу пропускания полностью. Пере­грузка шины может привести, например, к потере пакетов из-за несвоевременности доставки данных. Заметим, что адаптер Fast Ethernet (100 Мбит/с) в по­лудуплексном режиме занимает полосу около 13 Мбайт/с (10 % декларируемой полосы обычной шины), а в полнодуплексном — уже 26 Мбайт/с. Адаптер Gigabit Ethernet даже в полудуплексном режиме вписывается в полосу шины уже с натяжкой (он «выживает» лишь за счет больших внутренних буферов), для него больше подходят 64 бит и 66 МГц. Существенное повышение пиковой скорости и эффективной пропускной способности дает переход на PCI-X с бо­лее высокими тактовыми частотами (PCI-X66, PCI-X100, PCI-X133) и быстрой записью в память (PCI-X266 и PCI-X533).

Говоря о пропускной способности шины и эффективной скорости обмена с уст­ройствами PCI, следует помнить об издержках, вносимых дополнительными мостами PCI/PCI. Устройство, находящееся на дальней шине, получит мень­шую пропускную способность, чем находящееся сразу за главным мостом уст­ройство, для которого справедливы вышеприведенные рассуждения. Это обу­словлено механизмом работы моста — транзакции через мост выполняются поэтапно.

14.5. Прерывания PCI — INTx#, РМЕ#, MSImSERR#

Устройства PCI имеют возможность сигнализировать об асинхронных событи­ях с помощью прерываний. На шине PCI возможны четыре типа сигнализации прерываний:

♦ традиционная проводная сигнализация по линиям INTx;

♦ проводная сигнализация событий управления энергопотреблением по ли­нии РМЕ#;

♦ сигнализация с помощью сообщений — MSI;

♦ сигнализация фатальной ошибки по линии SERR#.

В первых версиях (до PCI 2.2 включительно) не было общепринятого способа программной индикации и запрета прерываний. В PCI 2.3 в регистре состояния конфигурационного пространства устройства (функции) определен бит, по ко­торому ОС может определить, что данная функция вызвала прерывание; в ре­гистре команд определен бит запрета прерывания.

Традиционные прерывания PCI — INTx#

Для устройств PCI выделяются четыре проводных линии запросов (IRQX, IRQY, IRQZ, IRQW), соединяемых с контактами INTA#, INTB#, INTC# и INTD# всех слотов PCI с циклическим смещением цепей (см. рис. 4.4 на стр. 114). Мосты PCI про­сто электрически соединяют одноименные линии INTx своих первичных и вто­ричных шин. В системах с APIC, в которых число входов запросов увеличено до 24, дополнительные восемь входов могут использоваться периферийными устройствами, установленными на системной плате. На слотах PCI остаются доступными лишь четыре обычных линии запросов.

Устройство PCI вводит сигнал прерывания низким уровнем (выходом с откры­тым коллектором или стоком) на выбранную линию INTx#. Этот сигнал должен удерживаться до тех пор, пока программный драйвер, вызванный по прерыванию, не сбросит запрос прерывания, обратившись по шине к данному устройству.

Линии запросов от слотов и устройств PCI системной платы коммутируются на входы контроллеров прерываний относительно произвольно. Конфигураци­онное ПО может определить и указать занятые линии запросов и номер входа контроллера прерываний обращением к конфигурационному пространству уст­ройства (см. 14.7).

Драйвер (или иное ПО), работающий с устройством PCI, определяет номер входа контроллера прерывания, доставшийся устройству (точнее, функции), чтением конфигурационного регистра Interrupt Line.

Назначение прерываний устройствам (функциям) выполняет процедура POST. Параметрами CMOS Setup (PCI/PNP Configuration) пользователь задает номера запросов прерываний, доступных шине PCI. POST определяет соответствие ли­ний INTA#...INTD# номерам запросов контроллера и соответствующим образом программирует коммутатор запросов. Влияние на аппаратную платформу но­вых версий ОС настолько велико, что они позволяют себе управлять коммута­тором запросов прерываний. Эту возможность можно запретить или разрешить, например, в ОС Windows снятием или установкой флажка Использовать управ­ление IRQ (PCI Interrupt Steering) в окне свойств шины PCI (Панель управления ► Системные устройства ► Шина PCI).

В PCI BIOS имеются функции определения возможностей и конфигурирова­ния прерываний. С их помощью для каждого устройства (на каждой шине) можно определить, с какими входами контроллера прерываний (IRQx) могут быть связаны его линии INTx и с каким именно входом шина связана в данный мо­мент, а также какие входы IRQx отводятся исключительно шине PCI. Есть функ­ция программирования коммутатора запросов, которая может использоваться только конфигурационным ПО (BIOS, ОС), но никак не драйвером устройства.

Сигнализация событий управления энергопотреблением — РМЕ#

Линия РМЕ#, введенная в PCI 2.0, служит для сигнализации в системе управления энергопотреблением (Power Management, PM) — для смены состояния уст­ройств, генерации пробуждения системы по событию. Эта линия электрически доступна всем устройствам PCI и никак не обрабатывается мостами, а лишь до­водится до всех абонентов. Обработчик прерывания от РМЕ# может выявить устройство, подавшее сигнал, путем программных обращений к конфигураци­онным регистрам всех устройств, способных к генерации этого сигнала.

studopedya.ru