Bộ nhớ và lưu trữ - Phần 3: Các đặc điểm kỹ thuật của Bus

Chia sẻ: Thanh Cong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

196
lượt xem 34
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ nhớ và lưu trữ - Phần 3: Các đặc điểm kỹ thuật của Bus Trong hai phần đầu của loạt bài này chúng tôi đã viết về các công nghệ nhớ khác nhau gồm có: các ổ đĩa cứng, RAM, MRAM và kiểu lưu trữ dữ liệu holographic. Rõ ràng, công nghệ đã sử dụng cho việc lưu trữ dữ liệu vật lý chỉ là một phần trong những gì sẽ quyết định hiệu suất mà bạn thấy. Để hiểu một cách đầy đủ về hiệu suất của bộ nhớ, bạn phải hiểu cách bộ nhớ kết nối với CPU như...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bộ nhớ và lưu trữ - Phần 3: Các đặc điểm kỹ thuật của Bus

Bộ nhớ và lưu trữ - Phần 3: Các đặc điểm kỹ thuật của Bus Trong hai phần đầu của loạt bài này chúng tôi đã viết về các công nghệ nhớ khác nhau gồm có: các ổ đĩa cứng, RAM, MRAM và kiểu lưu trữ dữ liệu holographic. Rõ ràng, công nghệ đã sử dụng cho việc lưu trữ dữ liệu vật lý chỉ là một phần trong những gì sẽ quyết định hiệu suất mà
bạn thấy. Để hiểu một cách đầy đủ về hiệu suất của bộ nhớ, bạn phải hiểu cách bộ nhớ kết nối với CPU như thế nào và nó có thể được gia công ra sao. Nhìn chung, bộ nhớ được kết nối đến CPU theo cùng một cách kết nối vật lý; thông qua bus hệ thống. Hãy quan sát vào bên trong bo mạch chủ máy tính, bạn sẽ thấy rất nhiều dây; đây chính là bus hệ thống của nó. Các bus hệ thống khác nhau được định nghĩa với các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống. Đặc điểm kỹ thuật của bus hệ thống sẽ gồm số dây, kích thước của dây, mỗi dây được sử dụng cho cái gì và bộ kết nối gì cần được sử dụng. Chi tiết kỹ thuật của bus hiện đại có các tính năng tiên tiến và khá phức tạp, với nhiều dây truyền phát dữ liệu theo cả hai hướng, nhiều dây cho việc điều khiển tín hiệu. Một trong các chi tiết kỹ thuật của bus được sử dụng liên tục và lâu đời nhất là mạch tích hợp chéo hoặc I2C. Đó là một chi tiết kỹ thuật khá đơn giản, chỉ với hai dây hai chiều, một cho dữ liệu và một cho tín hiệu clock. Một đặc tả của bus I2C. Vcd là điện áp, SDA là cho dữ liệu và SCL là cho tín hiệu clock
Mạch tích hợp chéo Được phát triển vào đầu những năm 1980 bởi Philips Semiconductor, I2C được phát triển với tư cách là chuẩn tốc độ thấp cho việc truyền thông nối tiếp trên bo mạch. Ban đầu được phát triển để sử dụng trong máy thu hình, nó chỉ mất vài năm để được chấp nhận rộng rãi. I2C ngày nay vẫn được sử dụng trong nhiều ứng dụng như trong các màn hình máy tính. Trước I2c, mỗi thiết bị đã sử dụng bởi một bộ vi điều khiển phải được kết nối trực tiếp đến đến bộ vi điều khiển đó. Vấn đề phát sinh với điều đó là nó sẽ làm tăng tính phức tạp của hệ thống, bạn phải tăng số lượng chân trên bộ vi điều khiển để giao tiếp với các thiết bị bổ sung. Với việc bổ sung thêm bus và bo mạch, mỗi thiết bị có thể kết nối đến bus và bộ vi điều khiển chỉ cần kết nối đến bus. Những gì cần thiết là một tập các nguyên tắc để sử dụng bus như thế nào. Thậm chí bus ở thời buổi ban đầu này dường như rất giống với một mạng! Phiên bản hiện nay của đặc tả I2C là 3.0. Phiên bản này hỗ trợ cho 4 mục tốc độ bus:  Standard (Chuẩn) 100 kb/s  Fast (Nhanh) 400 kb/s  Fast mode plus (Nhanh hơn) 1 Mb/s  High speed mode (Tốc độ cao) 3.4 Mb/s
Một khả năng thực sự thú vị của I2C được gọi là clock kéo dài. Clock kéo dài có nghĩa là gì, thiết bị slave có thể giữ tín hiệu clock. Điều này rất hữu dụng bởi khi thiết bị slave nhận một yêu cầu đọc, nó có thể giữ clock cho đến khi nó chuẩn bị gửi thông tin đến master và sau đó phóng thích clock khi nó đã sẵn sàng gửi. Các công ty khác cũng đầu tư rất nhiều vào đầu những năm 1980 để phát triển chi tiết kỹ thuật bus của chính họ. IBM là một trong những công ty đó. Một trong những bus ban đầu của họ là Industry Standard Architecture hoặc ISA, bus. Khi được phát triển lên IBM đã gọi nó là XT bus. Các đặc điểm kỹ thuật của IBM Được phát triển vào năm 1981, bus 8 bit, ISA sau đó được thay đổi thành kiến trúc bus 16 bit. Bus ISA hỗ trợ cho các tốc độ lên đến 8Mb/s. Trong suốt những năm 80, ISA tiếp tục được phổ biến rộng rãi, nhưng nó chưa thực sự hoàn hảo. Một trở ngại lớn đối với ISA là đặc điểm kỹ thuật đã thiếu các thông tin chi tiết về định thời bus và các nguyên tắc điều khiển bus. Chính vì lý do đó, nhiều công ty đã tập trung vào cải thiện phiên bản bus ISA của chính họ với các chi tiết kỹ thuật độc nhất. Các phiên bản độc nhất của ISA này lại khó khăn trong việc tương thích và gây ra rất nhiều vấn đề hóc búa. Một trở ngại khác đối với ISA là các cấu hình chuyên sâu cần phải kết nối với một thiết bị đến bus. Vào năm 1993, ISA Plug and Play đã được phát triển để giải quyết vấn đề này. Kiến trúc plug and play đã cho phép hệ điều hành của máy tính có thể thực hiện việc cấu hình thay vì người dùng. Điều
này là một bước tiến lớn trong kiến trúc máy tính và cho đến ngày nay nhiều máy tính vẫn hỗ trợ ISA plug and play. Vào cuối những năm 80, IBM đã cố gắng thay thế thế hệ ISA bus bằng kiến trúc kênh siêu nhỏ Micro Channel Architecture hoặc MCA, bus. Chi tiết kỹ thuật này đã cho ra bus 32 bit và việc cấu hình tự động. Tuy MCA giải quyết được sự giàng buộc bus 16 bit của ISA và đã cho phép truyền thông lên đến tốc độ 40Mb/s, nhưng vẫn có một số bất thuận tiện đối với sự chấp thuận của công nghiệp đối với chi tiết kỹ thuật của bus này. Một trong những trở ngại đó là MCA là một công nghệ thuộc quyền sở hữu riêng, điều đó có nghĩa bất kỳ công ty nào muốn sử dụng MAC đều phải trả tiền cho IBM. Rõ ràng đây là điều mà công chúng không bao giờ thích. Kiến trúc chuẩn công nghiệp được mở rộng Sau khi IBM phát triển MAC một thời gian ngắn, các đối thủ cạnh tranh gồm có Compaq và HP đã bắt kịp họ với một giải pháp. Họ đã tổ chức và phát triển kiến trúc chuẩn công nghệ mở rộng hoặc EISA. Quả thực họ cũng muốn đặt lại tên khác với XT bus và ISA bus của IBM để không xâm phạm bản quyền thương hiệu của IBM. Giống như MCA, EISA là một kiến trúc bus 32 bit. Nhưng, cũng giống như tên được ngụ ý của nó, EISA là một mở rộng của ISA bus trước đó, điều đó có nghĩa rằng nó tương thích được với các thiết bị ISA. Và mặt khác nó cũng là một chi tiết kỹ thuật mở. EISA đã hỗ trợ truyền thông song song ở tốc độ 8,33MB/s.
Ba khe EISA Chính do EISA là một kiến trúc mở nên nó nhanh chóng được phổ biến rộng rãi trong lĩnh vực CNTT. Tuy vậy sự phổ biến này không được lâu thì EISA sớm bị thay thế bởi PCI bus của Intel. PCI bus hiện đang được thay thế bởi PCI Express hay PCIe. PCIe là một bus nối tiếp nhưng dáng vẻ của nó lại là bus song song. Sở dĩ nói như vậy là vì nó có một hub trên bo mạch chủ. Hub này có thể định tuyến việc truyền thông từ giữa các thiết bị. Nó cũng cho phép nhiều cặp thiết bị có thể truyền thông với nhau cùng một lúc, như vậy có thể coi chúng như cấu trúc song song. Chi tiết kỹ thuật PCIe cho phép truyền thông lên đến 8GB/s trong khi đó PCI chỉ cho phép đến 133MB/s. Truy cập bộ nhớ trực tiếp
Như đã đề cập đến từ trước, các Bus máy tính hiện đại khá phức tạp. Sự phức tạp trong việc cải thiện hiệu suất là truy cập bộ nhớ trực tiếp hay viết tắt là DMA. DMA cho phép các hệ thống phần cứng nhỏ (như các card đồ họa, card âm thanh) có thể truy cập trực tiếp vào bộ nhớ để đọc và ghi các hoạt động một cách độc lập với CPU. Rõ ràng, lúc này CPU vẫn được yêu cầu để khởi tạo phiên liên lạc, nhưng DMA loại trừ những cần thiết mà CPU phải quan tâm trong các phiên liên lạc với bộ nhớ của thiết bị, như vậy CPU có thể được sử dụng cho các nhiệm vụ khác. Một trong những chi tiết kỹ thuật mới hơn là AMD-backed HyperTransport, chi tiết kỹ thuật này được phát triển bởi HyperTransport consortium. HyperTransport hỗ trợ cho tốc độ truyền thông cao hơn và các tính năng nâng cao như DDR (Double Data Rate). DDR cho phép các thiết bị có thể gửi dữ liệu trên cả hai sườn lên và xuống của chu kỳ xung nhịp (xung clock). Chính vì vậy mà nó có thể tăng gấp đôi được thông lượng. Một tính năng thú vị khác của HyperTransport là nó có thể hỗ trợ cho cả hai loại ghi lệnh. Một lệnh đã sử dụng cho DMA được được biết đến như lệnh ghi bổ sung dữ liệu. Không giống như lệnh ghi không bổ sung dữ liệu, lệnh ghi bổ sung dữ liệu không yêu cầu tín hiệu xác nhận từ thiết bị mục tiêu. HyperTransport có thể được coi như một mạng. Trong thực tế nó cũng có thể được sử dụng để kết nối nhiều máy tính với nhau.