Основные типы системных шин

Шина взаимосвязи периферийных компонентов (англ. «Peripheral Component Interconnect», «PCI») – канал передачи данных между процессором и периферийными устройствами. Она имеет 32-ух битовую разрядность и работающая на частоте 33 МГц, обеспечивая пропускную способность 120 Мбайт/с. Основные возможности шины PCI^[20]:

• Синхронный протокол обмена, предусматривающий подтверждение о приеме, что позволяет пересылать данные со скоростью, максимально возможной для приемного устройства^[20];

• Шина РСI процессорнонезависимая, и спецификация допускает ширину в 64 разряда и частоту 66 МГц^[20];

• Вставляемые платы автоматически конфигурируются (при старте) по стандарту «Plug-n-Play», т.е. не надо вручную устанавливать перемычки и переключатели, чтобы избежать конфликтов с другими устройствами^[20];

• Для пользователя шина предоставляет слоты (не более пяти) ^[20];

• Спецификация PCI допускает произвольное число сегментов, образующих древовидную топологию. Для соединения сегментов используются PCI-мосты^[20];

• Есть режим «Bits mastering», дающий устройству возможность брать управление шиной на себя и тем самым разгрузить ЦП^[20];

• Начиная с версии 2.2 (внедрена в 1999 г.) в шину включена линия, управляющая пробуждением компьютера от РСI-устройства, например, модема, сетевой карты^[20];

Ускоренный графический порт (англ. «Accelerated Graphics Port», «AGP») – специализированная 32-разрядная системная шина для видеокарты, разработанная в 1996 году компанией Intel. Основной задачей разработчиков было увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты за счёт уменьшения количества встроенной видеопамяти. По замыслу Intel, большие объёмы видеопамяти для AGP-карт были бы не нужны, поскольку технология предусматривала высокоскоростной доступ к общей памяти. В настоящее время AGP является устаревшей, и вытеснена шиной PCI-express^[25].

Компоненты системной шины от компаний intel и amd

Передняя шина (англ. «Front Side Bus») – канал, по которому процессор соединен с другими устройствами компьютера. К шине напрямую подключен только процессор, другие устройства компьютера подключены к ней через разнообразные контроллеры^[23].

На материнских платах с процессорами Intel шина FSB обычно имеет разновидность QPB, в которой данные передаются 4 раза за один такт. Если речь идет о процессорах AMD, то там данные передаются 2 раза за такт, а разновидность шины имеет название EV6. В последних моделях AMD нет FSB, ее роль выполняет новейшая HyperTransport.

Gunning Transeiver Logic (GTL) – технология низковольтной высокочастотной системной шины, разработанная фирмой Intel для процессоров серии Pentium. Все варианты шины полностью совместимы между собой. Все проводники системной шины замкнуты c обоих концов на резисторы, играющие роль терминаторов. Логической единице на шине соответствует уровень 1,5 вольта, низкий уровень выходного напряжения не должен превышать 0,6 вольта. При обмене данными процессор генерирует сигнал, составляющий примерно 2/3 от уровня логической единицы на шине, который инициирует передачу (приём) данных. Такой же сигнал могут инициировать другие устройства, подключенные к системной шине. Гарантируется одновременное поступление данных, независимо от длины проводников. Такое решение позволило значительно упростить топологию системной платы.

Quad-Pumped Bus (QPB) – эволюция FSB, используемая Intel. Способна передавать четыре блока данных за такт и два адреса за такт, то есть за каждый такт синхронизации шины по ней может быть передана команда либо четыре порции данных. Шина FSB-QPB имеет ширину 64 бит, то есть за такт может быть передано до 256 бит или 32 байт данных^[24].

Direct Media Interface (DMI) – шина, которая была разработана компанией Intel, для соединения южного и северного мостов материнской платы, либо для прямого соединения процессора с чипсетом PCH (от англ. «Platform Controller Hub»). Фактически, в новом решении сочетается расширенный функционал предыдущих версий южных мостов компании Intel, а также дополнительный контроллер PCI-e для периферии. Пропускная способность DMI составляет 2 Гбайт/с. Из-за столь невысоких значений, инженеры Intel пошли на революционное решение, встроив контроллер памяти, PCI-e и непосредственно интерфейс DMI в сам процессор. DMI применяется в Intel Atom и в встраиваемой технике, в мобильных решениях^[24].

Quick Path Interconnect (QPI), ранее Common-System Interface (CSI) – очередной шаг в совершенствовании научно-технического процесса системной шины от инженеров Intel. Он заключается в интегрированном контроллере памяти и быстрой последовательной шины P2P для доступа к распределенной и разделяемой памяти. Необходимость повышения скорости обработки и обмена данными диктует более жесткие требования к пропускной способности шины. С развитием технологии и характеристик процессоров нового поколения, использование FSB уже не актуально и в полной мере является наглядным изображением пресловутого эффекта «бутылочного горлышка». Результатом модернизации технологии FSB было создание шины нового поколения – QPI. Общая пропускная способность нового вида системной шины достигает невероятных (для предшественников) значений в 25.6 ГБ/с^[24].

Первые процессоры, построенные на технологии использования системной шины QPI, поступили на рынок в начале 2008 года. Данная технология является конкурентом HyperTransport от AMD. Каждое ядро процессора содержит интегрированный контроллер памяти и скоростное соединение для подключения иных компонентов. Данная структура служит для обеспечения^[24]:

• Огромной производительности и удобства работы с памятью;

• Динамически изменяемой полосы эффективного пропускания при связи процессора с иными компонентами системы.

В настоящее время системную шину QPI используют, в основном, для серверных решений. Связано это обстоятельство с тем, что QPI приобретает максимальную эффективность именно в загруженности пересылкой данных в оба направления, как в случае с серверами^[24].

EV6 – шина компании AMD, предназначенная для обмена с системной памятью на частоте 333 МГц. EV-6 представляет собой 64-битный канал обмена между процессором и чипсетом. Каждый процессор в многопроцессорной системе должен иметь свою шину EV-6. Обмен с системной памятью, PCI и AGP осуществляется чипсетом, причем каждая шина может работать на своей частоте.

Преимущества EV-6 очевидны. Поскольку главным "узким местом" современных процессоров является обмен с системной памятью, повышенная пропускная способность позволит уменьшить время простоя процессора при заполнении линии кэша.

HyperTransport – это технология последовательной (пакетной) связи, построенная по схеме «peer-to-peer» (точка-точка), обеспечивающая высокую скорость при низкой латентности (задержки между сигналами обращения). HyperTransport имеет оригинальную топологию на основе линков, тоннелей или их нескольких последовательных объединениях, мостов (мост выполняет маршрутизацию пакетов между отдельными цепями), что позволяет этой архитектуре легко масштабироваться. HyperTransport призвана упростить внутрисистемные сообщения (передачи) посредством замены существующего физического уровня передачи существующих шин и мостов, а также снизить количество узких мест и задержек^[24].

При всех этих достоинствах HyperTransport характеризуется малым числом выводов и низкой стоимостью внедрения. HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины, допуская ширину от 2 до 32 бит в каждом направлении, использует Double Data Rate, или DDR, кроме того, она позволяет передавать асимметричные потоки данных к периферийным устройствам и от них. Полноразмерная (32-битная) полноскоростная (2,6 ГГц) шина способна обеспечить пропускную способность до 20800 МБ/с в каждую сторону, являясь на сегодняшний день самой быстрой шиной среди себе подобных^[24].