Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 1/25

Transkript

1 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 1/25 Zbernice sú zariadenia, slúžiace na prenos dát medzi jednotlivými komponentami počítača. Základná štruktúra zbernice Každá zbernica disponuje troma základnými zložkami: Dátová slúži na prenos samotných dát Adresná adresuje príslušné zariadenie, resp. pamäťovú bunku Riadiaca určuje, ktoré zariadenie v určitom okamihu môže komunikovať, prípadne typ komunikácie Okrem týchto základných zložiek obsahuje zbernica ešte ďalšie obvody, resp. linky, ktoré zabezpečujú synchronizáciu, napájanie atp. Niektoré prevedenia zberníc môžu využívať tie isté vodiče na prenos adresy aj dát a rozlíšenie medzi adresou a dátami je zabezpečené časovým multiplexom napr. u PCI najskôr sa prenáša adresa, potom dáta. Zbernica je spravidla riešená ako zdielaná štruktúra využíva ju viacero zariadení. Nevyhnutný je vhodný mechanizmus prideľovania zbernice zariadeniam. Príklad zbernice so zdieľanou topológiou a tromi samostatnými subsystémami riadiacou, adresnou a dátovou štruktúrou Veľmi staré systémy ešte pred érou osobných počítačov - používali nezdieľané štruktúry. Najmodernejšie zbernice PCIe sa vracajú ku koncepcii point-to-point nezdielanej topológie. Príklad zbernice s nezdielanou point to point topológiou Táto koncepcia zbernice bola v minulosti opustená, v súčasnosti sa v rôznych modifikáciách objevuje u nových, moderných zbernicových riešení. Dôvody pre pripájanie zariadení prostredníctvom zberníc Výhody zberníc Zjednodušuje pripájanie ďalších zariadení ku výpočtovému systému za rozumnú cenu (sloty pre rozširujúce karty sú súčasťou každej základnej dosky počítača, a aj keď sa nie vždy alebo všetky využijú, stále je tento princíp jednoduchší a lacnejší, ako pre každé zariadenie osobitne vyvíjať špeciálny systém komunikácie s počítačom).

2 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 2/25 Nevýhody zberníc Potencionálne predstavujú možné úzke miesto ( bottleneck ) v dátových tokoch výpočtovým systémom Pripájané zariadenia často pracujú na rôznych princípoch a majú často veľmi odlišné požiadavky na charakter komunikácie medzi zbernicu a zariadenie je potrebné pripojiť vhodné komunikačné rozhranie (napr. medzi monitor a systémovú zbernicu sa musí zapojiť grafický adaptér, medzi tlačiareň a systémovú zbernicu sa musí pripojiť rozhranie Centronics IEEE 1284 alebo rozhranie USB atp.) Zvyčajne je definovaný presný počet zariadení, ktoré je možné ku zbernici pripojiť. Z hľadiska fyzikálnych zákonitostí šírenia elektrických signálov vyplývajú mnohé obmedzenia v oblasti maximálnych dĺžok vodičov zbernice, maximálne použiteľnej frekvencie a podobne. Všeobecné vlastnosti a hlavné parametre zberníc a rozhraní Podľa spôsobu prenosu dát rozdeľujeme zbernice na sériové prenášajú dáta po jedinom vodiči bit po bite paralelné prenášajú dáta po viacerých vodičoch spravidla po celých bajtoch. so synchrónnym prenosom prenos dát je synchronizovaný riadiacim obvodom s asynchrónnym prenosom vysielanie a prijímanie dát je riadené udalosťou, ktorá predchádza vyslaniu dát. Udalosť môže byť generovaná vysielačom zdrojom dát, alebo prijímačom (vysielanie dát na žiadosť) s arytmickým prenosom - dáta nie sú synchronizované, resp sa synchronizujú pomocou štandardných vzoriek bitov vyslaných na začiatku vysielania sekvencie a na konci vysielania (štart/stop bity). Pozn.: v odbornej literastúre sa často pojmy asynchrónny a arytmický prenos nepresne zamieňajú Pri transformácii prenosu dát z paralelného typu prenosu na sériový je nevyhnutné multiplexovanie (prepínanie jednotlivých bitových vodičov paralelnej zbernice do jediného dátového toku po sériovej linke). Ak má zostať zachovaná prenosová rýchlosť sústavy, musí byť takt sériovej zbernice toľko krát vyšší, koľko bitov paralelnej zbernice multiplexuje. Na vyrovnávanie krátkodobých rozdielov v priepustnosti sústav (technické príčiny poklesu prenosovej rýchlosti) sa využívajú vyrovnávacie pamäte buffery. Podľa schopnosti zbernice prenášať dáta v obidvoch smeroch súčasne rozdeľujeme zbernice na zbernice s poloduplexným prenosom (half-duplex) zbernice s plnoduplexným prenosom (full-duplex) Podľa spôsobu prideľovania zbernice rozlišujeme zbernice centrálne riadené a distribuované. Centrálne zbernice sú riadené arbitrom, ktorý prideľuje čas zbernice buď podľa poradia požiadaviek, alebo podľa priority procesu či zariadenia. Systémové zbernice bývajú zvyčajne riadené arbitrom (CPU, chipsetom a pod.) Distribuované zbernice využívajú na riadenie prístupu špeciálne algoritmy zariadenia sa musia sami dohodnúť, kto bude zbernicu aktuálne používať. Existuje väčšie množstvo algoritmov (napr. na princípe Token, Demand Priority či CSMA), tieto mechanizmy sú rozpracované a využívané najmä v technológii počítačových sietí. Hlavné parametre zberníc Najdôležitejším parametrom zbernice je prenosová rýchlosť (priepustnosť) udáva sa v bitoch za sekundu alebo bajtoch za sekundu a ich násobkoch (kb/s, MB/s apod.). Prenosová rýchlosť je daná jednak spôsobom spracovania signálu (použitým kódovaním), ďalej taktovacou frekvenciou zbernice v Hz a u paralelných zberníc bitovou šírkou dátovej zbernice (počtom dátových vodičov zvyčajne 8, 16, 32 alebo 64, u najvýkonnejších systémov 128 bitov). Bitová šírka adresnej zbernice potom udáva adresný rozsah fyzickej pamäte, aký je zbernica schopná adresovať. Prenosová rýchlosť C je určená Nyquistovou vetou: C = 2B log 2 V Teoretické maximum prenosovej rýchlosti určuje Shannonova veta C = B ( 1+ S N ) (B šírka pásma, resp. počet prenos. kanálov, V počet úrovní, S/N pomer signál/šum) Spôsob prenosu bez modulácie základné pásmo, alebo s moduláciou preložené pásmo Modulačná rýchlosť = počet prenosových stavov ( znakov ) za jednotku času, jednotka je Baud U každej zbernice je definovaná jej fyzická vrstva typ zbernice, počty vodičov, úlohy a charakteristiky signálových vodičov, napájanie, budenie, metóda zabezpečenia synchronizácie, úrovne napätí signálov, metóda kódovania, interpretácia signálov do logickej hodnoty, prevedenie konektorov, zapojenie pinov, atď., a logická vrstva interpretácia dát v systéme, spolupráca zbernice s operačným systémom, ovladače zbernice, resp. rozhraní a pod. U konkrétnych vyhotovení zberníc architektrúr zbernicových systémov sú všetky parametre fyzickej aj logickej vrstvy presne definované, zvyčajne v systéme noriem IEEE, ANSI, ISO a pod. Definovanie všetkých dôležitých parametrov je nevyhnutné pre zabezpečenie kompatibility zbernice s prídavnými zariadeniami ale aj so samotným výpočtovým systémom. Ak sú príslušné normy zverejnené a nelicencované, hovoríme o otvorenej architektúre log 2

3 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 3/25 (napr. ISA), ak sú príslušné parametre výhradným majetkom firmy, resp. viazané licenciami, ide o uzatvorenú architektúru (napr. zbernica MCA). Riadenie prenosu dát Na systémovej zbernici musí byť prenos dát vždy riadený arbitrom. Arbiter využíva na riadenie prístupu ku zbernici inštitút prerušenia. Prerušenie Prerušením nazývame vynútené prerušenie práce procesora, a môže byť vyvolané buď programom, alebo časovačom, alebo vygenerované I/O zariadením, alebo spôsobené HW poruchou. Prerušenie môže byť maskovateľné alebo nemaskovateľné maskovateľné nevykoná sa, ak vykonaniu prerušenia zabráni proces s vyššou prioritou nemaskovateľné musí sa vykonať vždy programové prerušenie je generované ako výsledok vykonania nejakej inštrukcie (delenie nulou, pokus o prístup na neplatnú adresu, pokus o vykonanie nepovolenej inštrukcie atp.) generované časovačom - zabezpečuje obsluhu cyklických činností OS generované I/O zariadením vyvolanie I/O operácie, signalizácia rôznych chýb spojených s I/O zariadeniami (napr. nenaformátované pamäťové médium) V prípade obsluhy zbernice ide spravidla o prerušenie generované I/O zariadením Obsluha prerušenia môže byť vykonávaná sekvenčne prerušenia sa vykonávajú v tom poradí, ako prichádzajú požiadavky na prerušenie; v priebehu vykonávania prerušenia sú všetky ostatné prerušenia maskované (zakázané) podľa priorít uprednostňuje sa prerušenie s vyššou prioritu, v priebehu vykonávania prerušenia môže byť vykonávanie pozastavené a nahradené prerušením s vyššou prioritou tento spôsob je oveľa náročnejší na programové zabezpečenie (obslužné rutiny), ale z hľadiska fungovania výpočtového systému je oveľa pružnejší Identifikácia zdroja, ktorý vyslal požiadavku prerušenia Môže byť čisto programová - existuje jediný obslužný program prerušenia, ale ten si sám zistí, kto prerušenie vyvolal a zabezpečí jeho obsluhu používa napr. CPU Motorola radu 6800), alebo môže byť zabezpečená technickými prostriedkami vektorom prerušenia. Vektor prerušenia využíva architektúra procesorov rodiny Intel x86. Zdroj, ktorý vyvolal prerušenie, poskytne vektor údaje, ktoré rozhodnú o spôsobe obsluhy prerušenia. Vektor prerušenia obsahuje nasledovné údaje: adresu obslužného programu (u PC platformy Intel sa obslužný program nachádza na príslušnej adrese v ROM BIOS module) index do tabuľky adries strojové inštrukcie na vykonanie obsluhy prerušenia Počítače s procesormi Intel využívajú na identifikáciu prerušenia a jeho obsluhu prerušovací vektor s názvom IRQ - Interrupt Request Činnosti, ktoré musia byť vykonané v priebehu prerušenia vznik potreby prerušenia, vyslanie žiadosti o prerušenie rozhodnutie o prijatí/neprijatí prerušenia (uplatnenie maskovania) identifikácia zdroja, ktorý požaduje prerušenie určenie adresy obslužného programu pre dané zariadenie uchovanie aktuálneho obsahu CPU do RAM, aktivácia CPU pre obsluhu prerušenia vykonanie obslužného programu (vykonanie prenosu dát) obnovenie pôvodného stavu CPU návrat do pôvodného programu a pokračovanie v pôvodnej práci CPU Pozn: Podrobne sa problematike spúšťania a prerušovania behu procesov venujeme v kapitole o opera čných systémoch, problematika prerušení a ich obsluhy z pohľadu procesora je zase náplňou predmetu Výpočtová technika 3. roč. téma Assemblery. Je zrejmé, že častá nutnosť obsluhovať prerušenie vyvolané I/O zariadeniami významne zaťažuje procesor a spomaľuje prácu počítača. Moderné zbernicové systémy preto uprednostňujú mechanizmy obsluhy I/O zariadení bez nutnosti angažovať procesor (tzv. busmastering, napríklad mechanizmus DMA)

4 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 4/25 Typy zberníc Z pohľadu účelu zbernice môžeme u počítačov vyčleniť dve hlavné skupiny zberníc: Systémová prenáša údaje medzi procesorom, operačnou pamäťou a vstupno výstupnými obvodmi. U viacprocesorových systémov zabezpečuje aj komunikáciu medzi procesormi. Rozhranie, vonkajšia zbernica slúži na prenos dát medzi samotným počítačom a perifernými zariadeniami. V ďalšom texte sa budeme zaoberať systémovou zbernicou počítačov, zameriame sa najmä na najrozšírenejšie osobné počítače označované ako IBM PC compactibile Systémová zbernica počítačov s architektúrou IBM PC compactibile (platforma Intel x86) Nachádza sa priamo na základnej doske počítača. Je tvorená skupinou adresných, dátových a riadiacich vodičov, taktovacím obvodom a obvodmi pre riadenie komunikácie. Do nedávnej doby platilo, že je vždy paralelná, posledný vývoj však ukázal výhody sériového riešenia zbernice (PCIe). Pôvodné riešenia zberníc osobných počítačov používali iba jedinú zbernicu pre komunikáciu v rámci základnej dosky. Synchronizáciu zaisťovali hodiny, ktoré taktovali spoločne na rovnakej frekvencii procesor, zbernicu, pamäť aj prídavné karty v slotoch (PC Bus). Postupne sa osamostatnili ako samostatné funkčné časti systémová zbernica Front Side Bus FSB, ktorá zabezpečuje prenos dát medzi procesorom a operačnou pamäťou, a rozširujúca zbernica, ktorá pracuje na nižšej taktovacej frekvencii a ktorá zaisťuje pripojenie rozširujúcich kariet a rozhraní (napr. zbernica PCI). Rozširujúca zbernica je pripojená cez rozhranie vonkajšej zbernice (novšie cez čípovú sadu - chipset). Rozširujúca zbernica obsahuje sloty na pripojenie rozširujúcich I/O obvodov kariet. Niektoré štandardy umožňovali pripojiť priamo ku systémovej zbernici i niektoré rozširujúce karty potom sa zbernica zvykla nazývať lokálna (touto koncepciou sa vyznačoval napr. VL BUS). Z hľadiska klasifikácie zberníc je systémová aj rozširujúca zbernica vždy synchronizovaná, prenos dát je riadený arbitrom. V úlohe arbitera vystupuje buď procesor programmed I/O, alebo radič zbernice (chipset northbridge), vtedy hovoríme o režime DMA Direct Memory Access. V určitých prípadoch môže riadenie zbernice prevziať aj radič I/O zariadenia, takýto režim nazývame busmastering. Realizácia inštitútu prerušenia IRQ Interrupt Request - prerušovací systém na obsluhu vstupnovýstupných zariadení Ako bolo uvedené vyššie, ak procesor potrebuje získať dáta od niektorého vstupného zariadenia, alebo poslať dáta na výstupné zariadenie, musí vyslať požiadavku na komunikáciu s týmto zariadením. Opačne ak zariadenie potrebuje komunikovať s procesorom, musí si vyžiadať prerušenie práce procesora. Vykoná to prostredníctvom systému prerušení. Systém prerušení disponuje tzv. prerušovacími vektormi. Ide o pomerne komplikovanú činnosť procesora, súvisiacu s množstvom operácií zabezpečujúcich prerušenie práve vykonávaného procesu tak, aby po ukončení obsluhy prerušenia bolo možné pokračovať v prerušenom procese. Prideľovanie IRQ je podmienené typom zbernice a najmä jej bitovou šírkou. Kým systémy so zbernicou ISA zbernica disponujú 15 vektormi IRQ, ktoré zabezpečujú komunikáciu s 15 rôznymi zariadeniami. Zbernica PCI umožňuje zdielať IRQ súčasne pre viacero rôznych zariadení a umožňuje priradiť IRQ až do hodnoty 255, moderné systémové zbernice 64 bitových systémov umožňujú využívať aj viac ako 256 prerušovacích vektorov. Rozsah I/O adries vstupnovýstupných zariadení Tak ako musí systém byť schopný adresovať jednotlivé pamäťové bunky, musí mať možnosť adresovať aj jednotlivé I/O zariadenia. Prvých B (FFFFh) operačnej pamäte je u zbernice PCI vyhradených na adresovanie I/O zariadení. (Pozn.: u zbernice ISA to bolo prvých 1024 B). Každé zariadenie musí mať v rámci zbernicového systému jedinečnú I/O adresu:

5 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 5/25 DMA - Direct Memory Access - priamy prístup do pamäte. Cez radič DMA je možné zariadiť priamu komunikáciu medzi vstupnovýstupným zariadením a pamäťou bez toho, že by CPU bol zaťažovaný riadením presunu údajov výsledkom je zrýchlenie práce systému. Komunikácia prebieha nasledovne: Radič príslušného I/O zariadenia vyšle na CPU žiadosť o priamy prístup do pamäte. Zbernica na tieto účely obsahuje vodič DREQ (DMA Request). CPU odpovie vybudením vodiča DACK (DMA Acknowledgement). Účelom týchto žiadostí je, aby zbernicu obsadilo len jedno prídavné zariadenie. Radič teraz môže posielať údaje priamo do pamäte, nie cez CPU. Príklad priradenia I/O adries I/O zariadeniam

6 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 6/25 Príklad priradenia IRQ kanálov I/O zariadeniam

7 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 7/25 Priradenie IRQ vektorov, I/O rozsahov pamätí, pridelenie pamäťového rozsahu a väčšinou aj priradenie DMA kanálu vykonávajú moderné zbernicové systémy zvyčajne automaticky Nie sú ale riedke situácie, kedy si systém vyžiada priradenie príslušných hodnôt ručne, správcom systému: Príklad požiadavky systému na ručné zadanie hodnôt pre komunikáciu s I/O zariadením

8 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 8/25 Vývoj architektúry systémovej zbernice Zbernica PC BUS (predchodkyňa zbernice ISA, často sa táto zbernica zvykne označovať aj ako ISA 8). Určená pre procesor Intel 8088, ktorý ako vieme, hoci vnútorne 16bitový, komunikoval s okolím prostredníctvom 8bitovej dátovej zbernice. Touto zbernicou bola PC BUS. Zbernica disponovala 20 bitovou adresnou zbernicou, IRQ kanálmi č.2 až 7, DMA kanálmi č. 1 až 3. Takt je 8 MHz. Konektor bol 62 vývodový, obsahuje napájacie kontakty + 12V, +5V, -5V, zemniaci 0V a vodiče riadiacej zbernice. I/O karta a slot pre zbernicu PC BUS Zbernica ISA Industry Standard Architecture Nástup štandardom sa stala 16 bitová zbernica ISA, ktorá zachováva spätnú kompaktibilitu s 8 bitovou PC BUS. Sloty pre ISA karty sú riešené ako dvojdielne pôvodna 62 pinová časť slúži na osadenie starších 8 bitových kariet, druhá rozširujúca časť umožňuje použiť aj karty pracujúce v 16 bitovom režime. Je taktovaná na 8 MHz, je synchronizovaná s taktom procesora. Teoreticky maximálna prenosová rýchlosť 13 MB/s, prakticky však cca 1 MB/s. Dátová zbernica má 16 bit, adresná má 24 bit, IRQ kanály č. 2 15, DMA 1 až 7. V ére i80286 dosiahla obrovského rozšírenia, bola používaná prakticky vo všetkých IBM PC kompatibilných zostavách. Pre nasledujúce 32 bitové procesory, taktované na 40 MHz a vyššie, už priepustnos ť ISA zbernice bola celkom nedostatočná, sloty ISA z motherboardov postupne vymizli, ale samotná ISA zbernica z dôvodov spätnej kompatibility ostala integrovaná aj do moderných základných dosiek určených pre procesory Pentium 4. I/O karta a sloty pre zbernicu ISA

9 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 9/25 Bloková schéma zbernicového systému so zbernicou ISA PROCESOR OPERAČNÁ PAMÄŤ Pracuje na frekvencii procesora ISA 16 bit 8 MHz/ 12 MB/s ROZHRANIE PEVNÉHO DISKU GRAFICKÝ ADAPTÉR ĎALŠIE ADAPTÉRY (KARTY) ŠTANDARDNÉ I/O PORTY Už od éry i80386 však firmy začali vyrábať a na základné dosky osádzať rôzne, vzájomne nekompaktibilné riešenia (dôvod konkurenčný boj). Zbernica MCA - Micro Channel Architecture Firma IBM vyvinula zbernicu MCA, taktovanú na 20 MHz. Používala sa v počítačoch triedy PS/2 a IBM ju používa aj pre veľké počítačové systémy. S ISA je nekompaktibilná. Existuje ako 16 bitová, ale aj v 32 bitovej modifikácii. V špeciálnom, tzv. prúdovom režime umožňuje prenos aj 64 bitov súčasne. Adresná zbernica mala 24 bit, neskôr 32 bit. U PC sa dnes nepoužíva, disponovala však viacerými technológiami, ktoré boli prevzaté do modernejších zberníc (PCI): Zdielanie IRQ, zdielané riadenie zberníc, super DMA prenos dát v režime DMA medzi dvoma základnými doskami. I/O karta pre zbernicu MCA

10 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 10/25 Zbernica EISA Extended Industry Standard Architecture Vznikla v r ako reakcia na MCA. Firma Compaq spolu s ďalšími firmami vyvinuli konkurenčný projekt Extended ISA EISA. Je spätne plne kompaktibilná s ISA, taktovaná na 8 MHz, má 32 dátových a 32 adresných vodi čov (adresovanie 4 GB), kanály IRQ č. 2 15, 64 I/O adries pre I/O zariadenia, zdieľané riadenie zberníc; spolu s riadiacimi a pomocnými vodičmi má slot pre EISA celkom 157 kontaktov. Vzhľadom je slot pre EISA rovnaký, ako ISA slot, rozšírenie počtu vodičov je dosiahnuté umiestnením kontaktov v dvoch poschodiach nad sebou. Slot EISA teda dokáže pracovať s 8bitovými, 16 bitovými aj 32 bitovými adaptérmi rozozná typ prídavnej dosky a automaticky nastaví parametre prenosu: 1 bajtový, blokový-viacbajtový. Riešenie sa používalo u drahých výkonných po čítačov, ukázalo ako veľmi drahé a nepresadilo sa. S príchodom zbernice PCI potom stratilo celkom opodstatnenie. I/O karta pre zbernicu EISA Zbernica VL BUS VESA Local BUS Nárast požiadaviek na komunikáciu s grafickým rozhraním si vynútil posilnenie tohto komunikačného kanálu v podobe nového štandardu VL BUS. Pripája grafický adaptér, prípadne rozhranie pre HDD a iné periférie s vysokými nárokmi na komunikáciu priamo na rýchlu lokálnu zbernicu, taktovanú na frekvencii procesora (až 50 MHz). Umožňuje použitie max. 3 rozširujúcich slotov na diske. Sloty sa používali spoločne s ISA slotmi ako rozširujúce pätice v jednom rade so slotmi ISA, mali 2x58 pinov. Ak boli všetky sloty obsadené, mohla pracovať max. na frekvencii 33 MHz. Bitová šírka adresnej aj dátovej zbernice je 32 bit, teoretická priepustnosť dát pri 33 MHz a 32 bitovej šírke dát je 132 MB/s. Vyšších prenosových rýchlostí dosahuje v burst režime adresa sa vyšle iba v prvom cykle, v troch nasledujúcich cykloch sa prenášajú iba dáta, ktoré sa zapisujú postupne do ďalších pamäťových buniek. Dá sa použiť iba pri zápise/čítaní do/z súvislej oblasti po sebe nadväzujúcich pamäťových buniek. Vonkajšia časť zbernice je k lokálnej pripojená cez radič ISA a pracuje na štandarde ISA. Zbernica sa používala pre zostavy s 80486, jej veľkou nevýhodou bola priama závislosť na procesore s ktorým bola viazaná spoločne zdieľanou systémovou zbernicou. I/O karta pre zbernicu VL BUS

11 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 11/25 Sloty pre zbernicu VL BUS Bloková schéma zbernicového systému s VL BUS a ISA Zbernica VL BUS PROCESOR OPERAČNÁ PAMÄŤ ROZHRANIE PEVNÉHO DISKU GRAFICKÝ ADAPTÉR ROZHRANIE VONKAJŠEJ ZBERNICE 32 bit 33 MHz/ 132 MB/s Pracuje na frekvencii procesora ISA 8bit/ 16 bit 8 MHz/ 12 MB/s ĎALŠIE ADAPTÉRY (KARTY) ŠTANDARDNÉ I/O PORTY MB so zbernicovými systémami VL BUS, ISA a PC BUS

12 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 12/25 Zbernica PCI Pheripherial Component Interconnect Bus Keďže zbernica s VL BUS predstavovala iba rozšírenie či doplnok klasickej zbernice ISA, ukázalo sa, že s príchodom nových technológií je nevyhnutné vyvinúť celkom novú koncepciu zbernice s dostatočnou rezervou priepustnosti. Na trhu sa objavuje v ére procesorov 80486, a u zostáv s týmito procesormi postupne nahrádzala už prekonanú VL BUS. Zostavy s Pentiami už boli prakticky výhradne postavené na nových základných doskách so zbernicou PCI. Koncepcia FSB - PCI Koncepcia zbernicovej sústavy postavená na základe PCI už striktne rozdeľuje časť určenú na komunikáciu medzi procesorom a pamäťou nazýva sa Front Side Bus FSB a zbernicou pre vstupno výstupné zariadenia PCI. Prepojenie medzi zbernicami je tvorené bridges čípmi chipsetu základnej dosky. Táto koncepcia zabezpečuje PCI väčšiu univerzálnosť, presadila sa nielen vo svete PC, ale aj Apple a ďalších počítačov s procesormi RISC. I/O karta do paralelného 32 bitového PCI slotu Pamäťová zbernica, označená ako FSB je 64 bitová, taktovaná nezávisle od procesora na 66 MHz, neskôr 100 MHz a 133 MHz. Taktovanie je odvodené od taktu PCI zbernice násobičom (2x, 3x či 4x 33 MHz). Bola osadzovaná pamäťami SD RAM v 72 pinových SIMM moduloch s šírkou dátovej zbernice 64 bit, pričom pamäť musí byť schopná pracovať na danej frekvencii FSB. Po údaji o kapacite bol údaj o frekvencii najdôležitejším údajom a objavoval sa priamo v názve modulu PC 66, PC 100, PC 133. Neskôr s príchodom technológie DDR sa ďalej zvyšujú aj fyzické takty FSB na 266, 333, 533 a viac MHz, efektívny takt pamätí DDR je potom dvojnásobkom fyzického taktu FSB. Osadzovanie musí byť zodpovedajúcimi DDR modulmi. Dosahované dátové toky sa pohybujú v stovkách MB/s u SD RAM modulov, u DDR SDRAM modulov sú to až jednotky GB/s. Od r sa stále častejšie presadzujú DDR II pamäte s efektívnym taktom štvornásobným oproti fyzickému taktu FSB. Základná doska počítača s 3x ISA, 4x PCI 32bit a 1x AGP slotmi

13 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 13/25 Bloková schéma zbernicového systému s PCI Lokálna zbernica FSB PROCESOR OPERAČNÁ PAMÄŤ 64 bit; 66 (100, 133) MHz 528 MB/s Pracuje nezávisle od frekvencie procesora BRIDGE FSB / PCI 32 (64) bit; 33 MHz 132 MB/s PCI BRIDGE PCI / ISA PCI ADAPTÉRY (KARTY) GRAFICKÝ ADAPTÉR ROZHRANIE PEVNÉHO DISKU ISA 8bit/ 16 bit 8 MHz/ 12 MB/s ISA ADAPTÉRY (KARTY) ŠTANDARDNÉ I/O PORTY Parametre a prevedenie samotnej PCI PCI ver. 1.0 (1992) Taktovanie pôvodnej PCI zbernice je 33 MHz, používa. paralelný 32 bitový dátový prenos, pre signalizáciu používa 5V. Preberá spätnú kompaktibilitu s ISA aj EISA, IRQ 2 15, DMA 1 7, zdieľané riadenie zberníc. Prenosová rýchlosť dosahuje 132 MB/s pre 32 bitovú verziu, pričom túto prenosovú rýchlosť zdielajú všetky súbežne komunikujúce zariadenia na tejto zbernici. Zbernica používa časový multiplex na prenos adresy aj dát po tej istej fyzickej zbernici. Objavuje sa nový prvok v technológii rozširujúcich adaptérov Plug & Play (zbernica sa vie dohodnúť s BIOS-om aj operačným systémom a nastaviť si sama vhodné hodnoty vektorov prerušenia pre jednotlivé zariadenia. Na základných doskách s PCI zbernicou sú z dôvodu kompaktibility spravidla aj sloty pre ISA zbernicu časť zbernice teda pracuje v režime ISA (tieto vymizeli zo základných dosiek až s príchodom Pentia 4 koncom 90-tych rokov). Neskoršie verzie pracujú už s 64 bitovou dátovou šírkou, čo umožňuje prenos rýchlosťou až 264 MB/s. Objavuje sa signalizácia 3,3 V. PCI ver. 2.1 (1995) Taktovanie sa zvyšuje na 66 MHz, čo umožňuje zvýšenie prenosových rýchlostí na 264 MB/s pre 32 bitovú verziu a 528 MB/s pre 64 bitovú PCI Vzájomná kompatibilita: Kompatibilita funguje obojstranne; do 33 MHz zbernice je možné použiť 66 MHz kartu a naopak do 66 MHz zbernice sa dá použiť 33 MHz karta. V obidvoch prípadoch však takt celého zbernicového systému bude upravený na 33 MHz. Napájacie napätie PCI kariet sa tiež líši existujú verzie s napájaním 5V aj verzie s napájaním 3,3V. Niektoré rozširujúce karty dokázali identifikovať napájacie napätie slotu a prispôsobiť sa, vačšina kariet však vyžadovala verziu PCI zbernice so správnym napájaním.

14 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 14/25 Závislosť od ISA PCI je na rozdiel od väčšiny uvedených predchádzajúcich zberníc od ISA zbernice a jej služieb celkom nezávislá, môže sa používať na základnej doske celkom autonómne bez potreby spolupráce s ISA. Z dôvodov spätnej kompatibility však zbernica ISA figuruje na základných doskách aj v ére Pentií 4. V čase nástupu zbernice PCI bola jej priepustnosť celkom vyhovujúca aj pre grafické karty (priepustnosť VL BUS a PCI bola zhodná), a rozhranie PCI sa stalo štandardom aj v oblasti grafických adaptérov. S narastajúcimi požiadavkami na výkon grafického subsystému prestala byť priepustnosť PCI pre výkonné grafické karty vyhovujúca už od polovice 90tych rokov. Prichádza špecializovaný grafický zbernicový systém AGP. Zbernica AGP Podobne ako u ISA zbernice v posledných etapách jej používania sa ukázalo, že kriticky úzkym hrdlom je prenos dát smerom ku grafickému adaptéru. Aj riešenie bolo prijaté obdobné a pre grafický adaptér bola pripravená špeciálna zbernica s názvom Accelerated Graphics Port AGP, ktorá bola navrhnutá ako vysokorýchlostné rozšírenie PCI o novú vysokorýchlostnú zbernicu, určenú na prenos grafických dát smerom ku grafickému adaptéru. Fyzický takt zbernice AGP je 66 MHz, bitová šírka dát je 32 bit, teoretická maximálna prenosová rýchlosť je 264 MB/s. Výhodou je, že grafická karta sa na AGP nemusí deliť o prenos s inými komponentami, AGP umožňuje grafickému procesoru rýchly prístup do RAM (v prípade ISA, PCI atď. nemohol grafický číp používať priamy prístup do RAM a musel na odkladanie vlastných údajov používať výhradne svoju vlastnú pamäť), takže dokáže za pomoci čípovej sady vyvolávať z RAM uložené textúry ako bitové mapy tvoriace jediný celok a tým výrazne urýchliť proces renderovania (pokrývania povrchu objektov textúrami). AGP podporuje pipelining, umožňuje taký režim práce, pri ktorom ešte pred skončením údajového procesu teda v čase hľadania požadovaných dát je možné vystaviť žiadosť na ďalšie dáta. Bloková schéma zbernicového systému PCI s AGP zbernicou AGP zbernica PROCESOR OPERAČNÁ PAMÄŤ 64 bit; 66 (100 ) MHz 266, 528 (800 ) MB/s AGP SET PCI 32 (64) bit; 33 MHz 132 MB/s AGP GRAFICKÝ ADAPTÉR BRIDGE PCI / ISA PCI ADAPTÉRY (KARTY) PCI GRAFICKÝ ADAPTÉR ROZHRANIE PEVNÉHO DISKU ISA 8bit/ 16 bit 8 MHz/ 12 MB/s ISA ADAPTÉRY (KARTY) ŠTANDARDNÉ I/O PORTY Neskoršie štandardy AGP zbernice sú označované násobkom rýchlosti pôvodnej AGP: AGP 2x využíva na prenos dát nielen nábežnú, ale aj zostupnú hranu hodinového signálu, takže pri 66 MHz dokáže pracovať na efektívnej frekvencii 133 MHz a preniesť 533 MB/s.

15 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 15/25 Ďalšie varianty sú označované ako AGP 4x a AGP 8x Zvýšenie efektívneho taktu až na štvornásobok až osemnásobok pôvodného taktu AGP prináša zvýšenie dátového toku až na 1 GB/s, resp. 2 GB/s. Podporované karty pre AGP disponujú samostatne taktovaným čípom GPU (Graphic Processing Unit) na frekvencii 200 až 520 MHz, takt pamäti je potom dosiahnutý násobičom a v súčasnosti sa pohybuje v blízkosti 1 GHz. Šírka dátovej zbernice medzi pamäťou karty a GPU potom nadobúda hodnôt 64, 128 a 256 bitov. Dátový tok potom dosahuje 30 GB/s. Boli vyvinuté aj rôzne proprietárne AGP riešenia, ako 64bit AGP, Ultra AGP, AGP Pro a pod. Po niekoľkých veľmi úspešných rokoch potkal AGP rovnaký osud ako jeho dávneho predchodcu VL BUS s nástupom moderných PCIe zberníc boli AGP vytlačené. Grafická karta pre slot AGP. Všimnite si dvojposchoďového usporiadania kontaktov na pätici Modernizované varianty PCI S nástupom nových technológií po roku 2000 sa PCI stáva najužším hrdlom v prenose dát medzi I/O zariadeniami a RAM. Fire-Wire, USB 2, Gigabitový Ethernet každé z týchto rozhraní dokáže vyčerpať podstatnú časť prenosovej kapacity klasickej PCI zbernice, nehovoriac už o Ultra SCSI.160 či Ultra SCSI 320. Zbernicové systémy pre komunikáciu s RAM, s grafickým subsystémom, rozhrania na prácu s diskami Ultra SCSI či SATA a ďalšie ponúkajú rádovo vyššie prenosové rýchlosti. Prichádza čas na nové varianty PCI. Zbernica PCI - X PCI X je novšia verzia konvenčného PCI štandardu s podporou vyšších prenosových rýchlostí. Používa rovnakú architektúru, kompatibilný konektor a je spätne kompatibilná s klasickou 32/64 bitovou PCI, 66 MHz, 3,3 V. Používa paralelný aj 32 bitový prenos, existuje aj 64 bitová verzia. Používa nový komunikačný protokol na zlepšenie efektivity prenosu dát, (na prenos zavádza novú jednotku MTS megatransfers per second) a najmä pracuje na vyšších taktovacích frekvenciách. Rozšírila sa najmä v serverových systémoch. Verzia 1.0 špecifikuje PCI-X 66: je taktovaná na 66 MHz a dosahuje transfer 66 MTS (264 MB/s) PCI-X 133: je taktovaná na 133 MHz s transferom 133 MTS (533 MB/s) pre 32 bitovú verziu, alebo viac ako 1GB/s pre 64-bit zariadenia. Určenie je pre Fibre Channel, RAID, networking, InfiniBand Architecture, SCSI, a iscsi karty. Verzia 2.0 PCI- X 2.0 definuje štandardy: PCI-X 266 s transferom 266 MTS (2133 MB/s), fyzicky taktovaná na 133 MHz, umožňuje vykonať až dva prenosy (zápisy alebo čítania) v priebehu jediného taktu PCI-X 533 s transferom 533 MTS (4224 MB/s), fyzicky taktovaná na 133 MHz, umožňuje vykonať až štyri prenosy (zápisy alebo čítania) v priebehu jediného taktu Prínosy a vlastnosti PCI X 2.0 dvakrát a štyrikrát väčšia prenosová rýchlosť ako PCI-X Používa rovnaké konektory, šírku zbernice a protokoly Umožňuje 10Gb technológie (Ethernet, Fibre Channel,...) Priepustnosť 32x väčšia ko prvá generácia PCI Plná hardwarová a softwarová kompatibilita s predošlými generáciami PCI Presnú špecifikáciu štandardu nájdete na stránkach PCI SIG Pripravuje sa PCI-X 1066 s prenosom vyše 8 GB/s.

16 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 16/25 PCI X sloty 64 bit 5V, 3,3 V Schéma kompatibility pätíc a kariet rôznych variantov PCI-X

17 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 17/25 Zbernica PCI Express PCI Express predstavuje zásadný prelom v koncepcii zbernicových systémov.pc. Prichádza s riešením sériového prenosu dát a z obvyklých 16, 32 či dokonca 64 dátových vodičov redukuje počet na 2 dátové kanály, nazývané lanes : Jeden je určený pre upstream a jeden pre downstream. Táto koncepcia umožňuje využívať obojsmernú komunikáciu v režime full-duplex. Taktovacia frekvencia PCI Express je 2,5 GHz. Každý kanál disponuje prenosovou rýchlosťou približne 2,5 Gb/s, čo umožňuje dosahovať v režime jednosmerného trvalého prenosu dát tok približne okolo 250 MB/s. Pri duplexnej prevádzke je u základného variantu PCI Express možné dosiahnúť trvalý dátový tok 2x250 MB/s up/down. Dátový prenos je riešený prostredníctvom paketov, obdobne ako je tomu napríklad u Ethernetu. Ďalší významný prelom prichádza v koncepcii zbernice ako zdielaného média: Na rozdiel od paralelného PCI a predchádzajúcich typov zberníc, kde bola zbernica zdielaná všetkými zariadeniami na ňu pripojenú, používa PCI Express technológiu dvojbodového spojenia medzi príslušným slotom a chipsetom, takže príslušnú prenosovú kapacitu má každé zariadenie výhradne pre seba. Rýchle prepínanie medzi chipsetom a príslušným zariadením zabezpečuje integrovaný switch. Odpadá potreba rozhodovacích algoritmov a rozhodovacích obvodov, ktoré pridelujú zbernicu v určitom momente ku konkrétnemu zariadeniu. Umožňuje implementovať algoritmus QoS na úrovni systémovej zbernice. Každé zariadenie tak má vyhradenú vlastnú zbernicu, označovanú ako link Každý link je tvorený jednou alebo viacerými cestami, označovanými ako lanes. Každá lane umožňuje v jedinom okamihu sériovo prenášať dáta v režime full-duplex, pri prenose v základnom pásme dosahuje priepustnosť 2,5 Gb/s. Tým dosiahla PCI Express schopnosť vysokej modularity, škálovateľnosti a budúceho vývoja. V praxi to znamená, že na komunikáciu jednoho slotu je možné použiť viac ako jedinú lane a agregovaním viacerých prenosových kanálov príslušne zvýšiť prenosovú rýchlosť. Jednoduchým použitím viacerých lanes pre link môžeme dosiahnúť x2link, x4link atď až x32 link. Na jedinej doske je možné kombinovať viaceré varianty PCI Express, podľa potrieb zariadení určených do daného slotu. Napríklad jednokanálové varianty PCI Express sú vhodné pre zvukové karty či pomalšie sieťové interface, kým viackanálové varianty sú určené pre gigabitové či 10 Gb/s sieťové karty a najvýkonnejšie potom pre grafické adaptéry. Konfigurácia pridelovaných lane každému zariadeniu prebieha vždy pri štarte počítača.obmedzenie počtu vodivých ciest prináša významné úspory pri stavbe základných dosiek, zjednodušuje ich návrh a umožňuje zmenšiť rozmery. Cenou za takto radikálnu zmenu technológie však je nekompaktibilita so zariadeniami určenými do klasického PCI slotu. PCI Express sa reálne na trh dostala v priebehu roka 2005 a začala systematicky vytláčať klasické PCI riešenie. Vlastnosti PCI Express Zrýchlenie dátového prenosu u základného variantu PCIe až štyrikrát oproti klasickému PCI Štandard špecifikuje viacero variantov podľa počtu použitých prenosových kanálov: PCI Expres 1x Dátový tok 2x 250 MB/s. Určený pre pomalé zariadenia ako sú modemy, zvukové karty,... obrázok: x1 link PCI Expres 2x a 4x Určený pre rýchle zariadenia ako sú Gb a 10Gb sieťové karty, karty diskových polí atď. obrázok: x1 link PCI Expres 16x Určený ako následník AGP 8x s dvojnásobný tokom, primárne pre grafické karty. Maximálny dátový tok 4 GB/s v každom smere. Označuje sa tiež ako PEG. PCI Expres 32x Karta pre slot PCIe 1x

18 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 18/25 Príklad škálovateľnosti a konfigurovateľnosti PCIe zbernice agregovaním viacerých lane pre jediný slot I/O zariadenia 1x link zvuková karta 1x link NIC 100 Mb karta SWITCH 2x link, (použ. 2 "lane") NIC 1Gb karta full duplex lane, sama predstavuje 1x link Príklady povolenej kombinácie karty, slotu a komunikačnej rýchlosti linku Pre demonštráciu možností vzájomnej kombinácie parametrov PCIe som si vybral komponenty PCIe x8 a PCIe x16. Vo všeobecnosti je možné uviesť nasledovné pravidlá: karta môže byť osadená do slotu s parametrom x zhodným, alebo vyšším ako je parameter samostnej karty maximálna komunikačná rýchlosť je determinovaná najslabším článkom reťazca Príklady: karta x8, slot x8, link x8 kombinácia je štandardná, rýchlosť bude x8 karta x8, slot x8, link x16 kombinácia je prípustná, karta však nevyužije link x16 a bude komunikovať iba x8 rýchlosťou karta x8, slot x16, link x16 kombinácia je prípustná, karta však nevyužije link x16 a bude komunikovať iba x8 rýchlosťou karta x16, slot x16, link x8 kombinácia je prípustná, karta však nevyužije link x16 a bude komunikovať iba x8 rýchlosťou karta x16, slot x16, link x16 kombinácia je prípustná, kart využije link x16 a bude komunikovať x16 rýchlosťou Varianty, kedy sa má použiť x16 karta a slot je konštruovaný iba pre x8 karty sa použi ť nedá

19 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 19/25 Rôzne varianty PCIe slotov na základnej doske

20 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 20/25 ACR/CNR/AMR risery (výstupné porty) Jedná sa o rozšírenie pôvodného rozhrania (napr. v PCI systémoch pri implementácii PCI bridge, mini PCI). Existujú tiež v špecifickej forme integrujúcej alebo rozširujúcej viacero samostatných rozhraní vo forme samostatného slotu. Vznikly v rockoch ako rozšírenie jestvujúcich rozhraní pre multimediálne a sieťové systémy PC. Vyvedenie rozhraní do špecifikovaného slotu umožňuje užívateľovi neskôr rozšíriť systém na základnej doske prídavnou kartou (LAN, HomePNA, DSL, USB, wireless, audio, modem, ) a konektorom. Výhody: slot bol oddelený od PCI bus 1 subsystému takže nezdielal systémové prostriedky a nekolidoval s kartami na PCI zbernici slot nevyžaduje vlastný IRQ I/O kanál slot mohol integrovat viac subrozhraní. Moderné risery (ACR a CNR) obsahujú až šesť kanálov (kde kanálom rozumieme jednotlivé subrozhranie). V rokoch 2000 až 2004 boli na základných doskách používané nasledujúce riserové sloty: - AMR (Audio Modem Riser) normalizovaný Intelom v roku ACR (Advanced Communicatios Riser) v roku 2000 VIA a AMD prezetovali ACR zahrňajúce možnosti pre audio, modem, ethernet, DSL a iné (napr firewire) - CNR (Communication and Network Riser) v roku 2000 Intel prezentoval nové AMR rozšírené o možnosti pripojenia sieťových kariet V priebehu rokov 2003 a 2004 už tieto sloty z ponuky základných dosiek vymizli.

21 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 21/25 Moderné systémové zbernice počítačov s architektúrou Hammer a Power PC Zbernica HyperTransport Táto zbernica bola v prvopočiatku podporovaná základnými doskami pre 64-bitové procesory AMD a procesory G5. V súčasnosti je podporovaná aj súdobými procesormi z produkcie fy. Intel. Zbernica je špeciálne navrhovaná pre viacprocesorové systémy. Zbernica HyperTransport s jednokanálovou 64 bitovou dátovou zbernicou Princípom je samostatná zbernica na prenos dát medzi RAM a procesorom, pričom radič pamäťovej zbernice je integrovaný priamo do procesora. Dosahuje sa tak prenosová rýchlosť medzi procesorom a RAM v rádu 2,6 GB/s, pri šírke zbernice 64 bit a 5,2 GB/s pri dvojkanálovej zbernici s šírkou 128 bit. Ďalšou časťou tohto zbernicového systému je zbernica medzi procesormi; dosahuje sa prenosová rýchlosť 3,2 GB/s, resp. 6,4 GB/s pri dvojkanálovom prenose. Systém Hypertransport nahrádza FSB, cez špeciálne mosty (chipset) umožňuje na Hypertransport pripojiť zbernice PCI X 64 bit/100, resp. 133 MHz, klasickú 32 bit/33 MHz PCI, Ultra SCSI 320 a ďalšie štandardizované rozhrania.

22 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 22/25 Zbernica HyperTransport s dvojkanálovou 128 bitovou dátovou zbernicou Záver hlavné trendy vo vývoji zberníc Z hľadiska hlavných parametrov je zrejmý vývoj ku stále vyššej priepustnosti zberníc, čo nie je nič prekvapivé a korešponduje so všeobecnými trendmi zvyšovania výkonov u výpočtových systémov. Zvyšovanie priepustnosti býva dosahovaná zvyšovaním taktovacej frekvencie zberníc, a zvyšovaním počtu vodičov dátovej zbernice u paralelných zberníc. Zvyšovanie taktu zbernice je však silne limitované parazitnými javmi, ktoré vznikajú medzi jednotlivými vodičmi u paralelných zberníc. Prechod ku koncepcii sériovej zbernice s využitím nových technológií umožnil dramatické zvýšenie taktu zbernice a tým prudký nárast jej priepustnosti. Ďalším zrejmým trendom je prechod od jedinej univerzálnej zbernice ku zbernicovým systémom, ktoré svoju priepustnosť presne prispôsobujú požiadavkám jednotlivých zariadení (oddelenie systémovej zbernice od rozširujúcej, samostatné zbernicové systémy pre pamäte, individuálna konfigurovateľnosť priepustnosti jednotlivých link zlučovaním lanes u PCIe zbernice). Prekvapivý je aj návrat od koncepcie zdieľanej zbernice, ktorá dominovala vo výpočtovej technike po celé desaťročia, ku koncepcii prepínanej point-to-point zbernice (vývoj v podstate kopíruje vývoj v oblasti sieťových technológií prechod od CSMA ku prepínanému Ethernetu). Tento vývoj je umožnený tiež významnými úspechmi súčiastkovej základne v oblasti gigahertzových frekvencií.

23 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 23/25 Štandardy vstupno - výstupných rozhraní Vstupno výstupným rozhraním (tiež input/output obvody I/O, interface) nazývame elektronický obvod, sprostredkujúci prenos dát medzi systémovou zbernicou a vonkajším periférnym zariadením. Periférne zariadenia nemôžu komunikovať priamo so systémovou zbernicou z viacerých dôvodov: F v určitom okamihu môže s procesorom komunikovať iba jedno periférne zariadenie F prenos dát na systémoej zbernici je presne organizovaný a nie je možné ku zbernici pristupovať v čase práve prebiehajúcej komunikácie (napr. medzi procesorom a RAM) F pomalšie periférie nedokážu pracovať na frekvencii systémovej zbernice F pre každý typ systémovej zbernice by museli existovať presne kompaktibilné periférie; napr. klávesnica alebo tlačiareň spolupracujúca s ISA zbernicou by nedokázala pracovať pod PCI Úlohou vstupno výstupných rozhraní je transformovať signál medzi perifériou a systémovou zbernicou. Pre rôzne typy periférií je potrebné používať viacero druhov rozhraní, odlišujúcich sa prenosovými rýchlosťami a špecifikáciou parametrov elektrického signálu. Ak by však každý výrobca periférie použil inú svoju vlastnú špecifikáciu, bolo by potrebné ku každej periférii dodávať aj príslušný adaptér (či dokonca sadu adaptérov pre rôzne systémové zbernice). Preto bolo štandardizovaných niekoľko druhov rozhraní, ktorým sa musia výrobcovia periférií prispôsobiť. Štandardné sériové rozhrania V24 štandardné rozhranie na pripojenie klávesnice; sériový prenos dát, pripojenie sa vykoná konektorom DIN, rozhranie je vždy integrované priamo na základnej doske RS seriový prenos dát, prenosová rýchlosť 115 Kb/s, vhodný pre periférie s malými nárokmi na prenos dát modem, myš. Používá 9 pinový alebo 25 pinový konektor Canon. Rozhranie je riadené procesorom UART (Universal Asynchronous Receiver Transceiver) typu 8250 (staršie), dnes 16650, resp , ktoré sú vybavené vyrovnávacím bufferom typu FIFO. Rozhranie RS 232 sa v operačných systémoch označuje ako COM (1,2,3,4 ). PS/2 alternatívne rozhranie na pripojenie myši aj klávesnice, vyvinuté pre modely PC IBM PS/2; v súčasnosti štandardné rozhranie pre pripájanie myší a klávesníc u všetkých PC Štandardné paralelné rozhranie CENTRONICS - paralelný prenos dát, špecifikácia je podľa IEEE 1284, prenosová rýchlosť 1,2 Mb/s ~ 0,15 MB/s, univerzálne rozhranie na pripájanie väčšiny externých zariadení (tlačiarne, externé mechaniky...), používa 25 pinový konektor Canon, umožňuje prácu v módoch: Centronics mode najstarší, jednosmerný prenos Nibble mode obojsmerný, kanál smerom ku počítaču je tvorený štyrmi vodičmi. Byte mode špecifikácia pre komunikáciu so zbernicou MCA EPP mode pre obojsmernú komunikáciu s tlačiarňou (tento mód navrhol HP a využíva ho väčšina výrobcov tlačiarní) ECP mode - pre obojsmernú komunikáciu s tlačiarňou a s posilnenou rýchlosťou prenosu dát až na 2 MB/s. Rozhranie Centronics sa v operačných systémoch označuje ako LPT (1,2,3 ) port. V súčasnosti je na ústupe, nahradené USB portom Rozhrania pre bezdrôtový prenos dát IrDA port sériový, prenosová rýchlosť 115 Kb/s. Na prenos dát využíva infračervené žiarenie. Dosah rádovo desiatky centimetrov až metre, medzi vysielačom a prijímačom musí byť priama viditeľnosť, Použitie pripojenie zariadení, kde nie sú vysoké nároky na objem prenášaných dát a kde rozhodujúcou výhodou je bezkáblové pripojenie daného zariadenia. AirPort pripája zariadenie s využitím rádiového signálu (elektromagnetického žiarenia) v pásme 2,4 GHz. Prenosová rýchlosť približne 11 Mb/s, dosah desiatky metrov. Využíva sa na pripojenie I/O zariadení, alebo vytvorenie bezdrôtovej lokálnej počítačovej siete. Technická špecifikácia štandard podľa IEEE Technológiu vyvinula v druhej polovici 90tych rokov firma Apple Macintosh. Neskôr sa pod názvom WiFi stala najprogresívnejším prostriedkom na vytváranie lokálnych bezdôtových sietí. Bluetooth pripája zariadenie s využitím rádiového signálu (elektromagnetického žiarenia) v pásme 2,4 GHz. Prenosová rýchlosť približne 1 Mb/s, dosah desiatky centimetrov až metre. Využíva sa na pripojenie I/O zariadení k PC a v oblasti mobilných telefónov. Technická špecifikácia štandard podľa IEEE Autor: firma Ericsson ( r. 1998), názov odvodený od mena slávneho švédskeho kráľa Haralda Blatanda (Modrozuba), v angl. preklade "Bluetooth". Symbol - indikačná LED modrej farby Max. prenosová rýchlosť - 1 Mb/s. Dosah - do 100 m v triede A, do 10 m v triede B.

24 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 24/25 Princíp komunikácie: každé zariadenie môže fungovať buď ako hostiteľ alebo hosť. Netreba žiadne konfigurovanie siete či spojenia - stačí, ak hosť požada hostiteľa o akceptovanie pripojenia; odpoveďou je buď potvrdenie alebo odmietnutie. Jeden hostiteľ môže hostiť viacero hosťov - vzniká "pikosieť". Implementácia technológie Bluetooth v praxi Ako prví výrobcovia mobilných telefónov (Ericsson, Motorola, Nokia - headset súpravy mobilných telefónov), v súč. štandardná výbava notebookov, pripojenie myší, klávesníc, PDA a iných mobilných zariadení. Ostatní výrobcovia spotrebnej elektroniky - ovládače HiFi veží, televízorov,, terminálov. V súč. podporujú všetky relevantné operačné systémy. Vysokorýchlostné rozhrania SCSI prednostne používané na pripojenie diskových jednotiek, bežne sa však používa na pripojenie aj iných periférií, ktoré vyžadujú vysokorýchlostný prenos dát (napr. scanner). Podrobnejšie je toto rozhranie spracované v kapitole venovanej rozhraniam pevných diskov. USB (Universal Serial Bus) sériový, teoreticky umožňuje sériovo prepojiť až 127 zariadení, prakticky je počet zariadení obmedzený náročnosťou jednotlivých zariadení na množstvo prenášaných dát. Starší variant USB 1.1 má prenosovú rýchlosť 12 Mb/s ~ 1,5 MB/s; vo verzii USB 2.0 to je 400 Mb/s (50 MB/s) je v súčasnosti najuniverzálnejšie a najrozšírenejšie rozhranie na pripájanie všetkých externých zariadení. Fire Wire káblový prenos el. signálu s prenosovou rýchlosťou 400 Mb/s, resp. 800 Mb/s, seriový prenos dát, určený na pripojenie I/O zariadení náročných na objem prenášaných dát, najmä v oblasti grafiky: Digitálne fotoaparáty, videokamery, scannery, externé vysokorýchlostné a vysokokapacitné disky a zálohovacie mechaniky. Technická špecifikácia štandard podľa IEEE 1394a (400 Mb/s) a IEEE 1394b (800 Mb/s). Názov FireWire je chránený ochrannou známkou a je vlastníctvom spoločnosti Apple, vo svete PC na báze Intel-IBM sa používa pre toto rozhranie označenie HFSB, firma Sony používa toto rozhranie pod názvom I-Link. Fibre Channel postavený na optickom kábli ako prenosovom médiu. Vlastnosti sú podobné SCSI škálovateľnosť, univerzálnosť, konfigurovateľnosť. Prenosová rýchlosť 200 MB/s v prvej verzii, postupný nárast prenosových rýchlostí. Umožňuje pripojovať zariadenia až na vzdialenosť 10 km, nehrozia poruchy rušením. Využíva sa skôr na spájanie celých blokov zariadení (server vzdialené externé diskové pole vzdialený páskový jukebox), môže však pripojovať aj jednotlivé zariadenia externé disky. Rozhrania pre prenosné počítače PCMCIA PC Card rozhranie štandard vyvinutý pre pripojovanie rozširujúcich pamäťových kariet k prenosným počítačom, neskôr rozšírený o špecifikáciu prenosu dát medzi počítačmi prostredníctvom siete (sieťový adaptér), telefónnej či GSM siete (modemy, bezdrôtové modemy), či na pripojenie iných rozhraní PCMCIA/ USB, PCMCIA/ RS232, PCMCIA/FireWire, PCMCIA/ ISDN, PCMCIA/Centronics, PCMCIA/ TV, PCMCIA/ video. Štandard špecifikuje základné rozmery karty (existujú 3 rozmerové typy), prevedenie 68 pinového konektora, popis všetkých signálov na elektronickej aj logickej úrovni a komunikačný protokol rozhrania. Rozhranie je veľmi odolné voči nešetrnému zaobchádzaniu, umožňuje napríklad pamäťové, ale aj iné zariadenia pripájať a odpájať priamo za chodu, bez ohrozenia stability systému. Dátová zbernica má 16 bit, adresná 26 bit, taktovacia frekvencia 33 MHz, neumožňuje zdielanie zberníc ani DMA. PC Card Standard 95 CARDBUS rozhranie vychádza z rozhrania PCMCIA, umožňuje vykonávať 32 bitové operácie, pracujú na 33 MHz a prenosová rýchlosť dosahuje 132 MB/s. Compact Flash Interface - rozhranie bolo pôvodne vyvinuté pre pamäťové CF karty, bol v r rozšírený o štandard CF Input Output CFIO a obdobne ako u PCMCIA kariet sa objavuje v prevedení CF kariet množstvo zariadení: dial-up modem, LAN Ethernet, WLAN adaptér, Bluetooth, GPRS adaptér, GPS modul, WEB kamera, VGA adaptér, TV karta, radio tuner a ďalšie. Nové rozhranie je určené najmä pre počítače triedy PDA, ktorých možnosti sa tak dostávajú na úroveň PC desktopov.

25 Prostriedky na prenos dát zbernice a rozhrania 25/25 Špecializované I/O rozhrania Na pripojenie pevných diskov Najrozšírenejšie štandardy sú IDE, EIDE, SCSI. Venuje sa im samostatná kapitola v téme o pevných diskoch. Na pripojenie monitorov a grafických zobrazovacích zariadení Rozhranie realizuje grafický adaptér. Používajú sa štandardy : Hercules, CGA, EGA, VGA, SVGA, XGA. Venuje sa im samostatná kapitola v téme o monitoroch. Na pripojenie elektronických hudobných nástrojov Rozhranie realizuje zvukový adaptér. Najrozšírenejším štandardom je rozhranie MIDI. Venuje sa im samostatná kapitola v téme o multimediálnch zariadeniach. Na prenos dát po sieti Rozhranie realizuje sieťový adaptér. Štandardy sú realizované vo forme komunikačných protokolov a priemyselných štandardov sietí. Venuje sa im samostatná kapitola v téme o počítačových sieťach. Na prenos dát po telefónnych linkách Rozhranie realizuje modemová či faxmodemová karta. Venuje sa im samostatná kapitola v téme o počítačových sieťach, podkapitola modemy.