Tiểu luận: Phân tích kiến trúc PCI BUS

Chia sẻ: Trưởng Trần | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

239
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiểu luận "Phân tích kiến trúc PCI BUS" gồm các nội dung chính như: Giới thiệu tổng quan bus, sự xuất hiện PCI bus, các đặc tính, thông số PCI bus, một số cấu trúc Bus và một số chuẩn Bus mở rộng,....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận: Phân tích kiến trúc PCI BUS

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TIỂU LUẬN MÔN: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH KIẾN TRÚC PCI BUS Giáo viên: Ths Nguyễn Tuấn Tú NHÓM 2 KTPM3 K11 HAUI Hà Nội 2017
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TIỂU LUẬN MÔN: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH KIẾN TRÚC PCI BUS Giáo viên : Ths Nguyễn Tuấn Tú Sinh viên thực hiện: Trần Viết Trưởng Vũ Đình Luân Nguyễn Phú Luật Nguyễn Văn Thành Đỗ Văn Dũng Lớp : ĐH KTPM3 – K11
Hà Nội – 2017 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................... 4 Chương 1. Giới thiệu tổng quan bus ............................................................................ 1 1.1 Bus ............................................................................................................................ 1 1.2 Phân loại bus ....................................................................................................... 1 1.3 Mô hình hệ thống bus ......................................................................................... 1 Chương 2. Sự xuất hiện PCI bus .................................................................................. 3 2.1 Khái niệm ................................................................................................................ 4 2.2 Lịch sư phát triển của PCI .................................................................................... 9 2.3 Các kiểu bus PCI ................................................................................................... 10 Chương 3. Các đặc tính, thông số PCI bus ................................................................. 12 3.1 Các thông số của PCI được sử dụng trong các máy tính cá nhân bình thường 12 ....................................................................................................................................... 3.2.1 Đầy đủ kích thước thẻ .................................................................................... 13 3.2.2 Thẻ MD1, MD2 ............................................................................................... 14 3.2.3 Một nửa chiều dài mở rộng thẻ (defacto tiêu chuẩn) .................................. 14 3.2.4 Hồ sơ thấp (một nửa chiều cao) thẻ .............................................................. 14 3.3 Thẻ điện áp và keying ........................................................................................... 14 3.4 Kết nối pinout ....................................................................................................... 15 3.5 Mini PCI ................................................................................................................. 16 3.5.1 Mini PCI ..................................................................................................... 16 3.5.2 Các chi tiết kĩ thuật của MINI PCI ................................................................. 17 3.5.3 PC/104Plus và PCI104 .................................................................................. 18 3.5.4 Các vật lý các biến thể khác ........................................................................... 19 3.6 Tín hiệu bus PCI ................................................................................................... 19 3.6.1 Thời gian tín hiệu ........................................................................................... 20 3.6.2 Trọng tài ........................................................................................................... 20 3.6.3 Giai đoạn địa chỉ .............................................................................................. 21 3.6.4 Các giai đoạn dữ liệu ...................................................................................... 22 3.6.5 Kết thúc giao dịch ........................................................................................... 23 Chương 4. Một số cấu trúc Bus và một số chuẩn Bus mở rộng ........................... 23 4.1 Bus PC/XT .............................................................................................................. 23 4.2 Bus EISA (Extended ISA) ..................................................................................... 24 4.3 Bus MCA (Micro Channel Architecture) .............................................................. 24 4.4 Bus PCI (Peripheral Component Interconnect) ................................................... 24 4.4 Bus VL (VESA local Bus) ...................................................................................... 24 4.5 Bus FireWire ....................................................................................................... 25
KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 25
LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình học tập tại trường, chúng em đã được học hỏi và tiếp thu nhiều kiến thức chuyên ngành nhằm nâng cao vốn hiểu biết và là hành trang quí báu giúp chúng em vững bước vào đời. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô đã giảng dạy chúng em trong suốt thời gian qua, khoa Công Nghệ Thông Tin cũng như tất cả quý thầy cô trong trường Đại học Công Nghiệp. Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tuấn Tú người đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Tuy nhiên, dù rất cố gắng nhưng do thời gian có hạn nên chắc rằng bài tiểu luận của chúng em khó tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để bài tiểu luận của chúng em được hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, 10/2017 Nhóm sinh viên thực hiện! 4
Chương 1. Giới thiệu tổng quan bus 1.1 Bus Bus là tập hợp các đường truyền kết nối dùng để kết nối qua lại giữa 3 thành phần chính (CPU, Memory, I/O) trong 1 hệ thống máy tính. Hình 1.1 Vị trí của PCI bus trong hệ thống máy tính 1.2 Phân loại bus Bus địa chỉ: thực hiện vận chuyển địa chỉ từ CPU đến modun nhớ. Bus dữ liệu: thực hiện vận chuyển lệnh từ bộ nhớ tới cpu và vận chuyển dữ liệu tới các thành phần thiết bị. Bus điều khiển: vận chuyển các tín hiệu điều khiển: đọc, ghi… 1.3 Mô hình hệ thống bus Hệ thống máy tính hiện đại xây dựng và phát triển dựa trên hai hệ thống bus chủ đạo: 1
System Bus (bus hệ thống) nối kết từ bộ xử lý đến bộ nhớ chính, bộ đệm cấp 2 (cache level 2) I/O Bus (bus ngoại vi) nối kết thiết bị ngoại vi với bộ xử lý thông qua cầu chipset. Trong hơn một thập kỷ qua, bus hệ thống được đặt cho khá nhiều tên mới như bus chính (main bus), bus bộ xử lý (processor bus) hoặc bus cục bộ (local bus). Tương tự, bus ngoại vi (I/O bus) cũng có thêm tên mới là bus mở rộng (expansion bus), bus ngoại vi (external bus) và bus chủ (host bus).  Mô hình hệ thống máy tính Von Neumann Hình 1.2 Hệ thống máy tính Von Neumann với PCI bus Các thiết bị giao tiếp với nhau qua từng đường truyền riêng lẽ  tốn quá nhiều đường bus  Mô hình hệ thống máy tính ngày nay 2
Hình 1.3 PCI bus trong hệ thống máy tính ngày nay  Dùng chung 1 bus  tiết kiệm đường truyền  Cần bộ phân xử bus (bus arbiter) Chương 2. Sự xuất hiện PCI bus PCI (Peripheral Component Interconnect) ngay l ập t ức được đưa vào sử dụng trong các máy chủ, thay thế MCA , EISA là bus mở rộng máy chủ của sự lựa chọn. Trong máy tính chủ đạo, PCI là chậm hơn để thay thế VESA Local Bus (VLB), và không được thâm nhập thị trường đáng kể cho đến khi cuối năm 1994 trong máy tính Pentium thế hệ thứ hai . Tới năm 1996, VLB là tất cả nhưng đã tuyệt chủng, và các nhà sản xuất đã được thông qua PCI ngay cả đối với 486máy tính. [3] EISA tiếp tục được sử dụng cùng với PCI đến năm 2000, Apple Computer đã thông qua PCI cho máy tính Macintosh chuyên nghiệp điện (thay thế NuBus ) vào giữa 3
năm 1995, và tiêu dùng Performa dòng sản phẩm (thay thế LC PDS ) vào giữa1996.  VESA Local Bus (gọi tắt là VLbus hoặc VLB) Khuyết điểm: Chỉ thích nghi với dòng 8048 Khe cắm rất giới hạn (1 hoặc 2 khe) Độ tin cậy thấp Rất khó lắp hoặc tháo các card giao tiếp VLB Hình 2.1 PCI bus trên bảng mạch điện tử 2.1 Khái niệm Thông thường PCI (PCI là một initialism hình thành từ Peripheral Component Interconnect, [1] một phần của tiêu chuẩn PCI Local Bus và thường được rút ngắn để PCI) là một bus máy tính để gắn các thiết bị 4
phần cứng trong một máy tính . Các thiết bị này có thể mất một trong hai hình thức của một mạch tích hợp được gắn vào bo mạch chủ chính nó, được gọi là một thiết bị phẳng trong các đặc điểm kỹ thuật PCI, hoặc một thẻ mở rộng phù hợp với khe cắm thẻ nhớ. Bus PCI địa chỉ lần đầu tiên được thực hiện trong IBM PC compatibles , nơi mà nó thay sự kết hợp của ISA cộng với mộtVESA Local Bus là cấu hình bus. Nó sau đó được áp dụng cho các loại máy tính khác. PCI được được thay thế bởi PCIX và PCI Express , nhưng như năm 2011 , hầu hết các bo mạch chủ được thực hiện với một hoặc nhiều khe cắm PCI, là đủ cho nhiều công dụng. 5
Hình 2.2 Khe PCI trên main 6
Hình 2.3 Bảng mạch với các khe cắm PCI Hình 2.4 Khe PCI với 2 màu xanh và trắng 7
Hình 2.5 Hệ thống PCI 8
Hình 2.6 Bo mạch chủ với 9 khe cắm PCI 2.2 Lịch sư phát triển của PCI PCI được Intel phát triển để thay thế các bus cổ điển ISA và EISA vào những năm 1992. Sự phát triển của bus PCI đã thay đổi qua nhiều phiên bản, có thể kể đến như sau: PCI phiên bản 1.0: ra đời vào năm 1992 bao gồm hai loại: loại chuẩn (32 bit) và loại đặc biệt (64 bit) PCI phiên bản 2.0: ra đời năm 1993 PCI phiên bản 2.1: ra đời năm 1995 PCI phiên bản 2.2: ra đời tháng 1 năm 1999 9
PCIX 1.0 ra đời tháng 9 năm 1999 miniPCI ra đời tháng 11 năm PCI phiên bản 2.3 ra đời tháng 3 năm 2002 PCIX phiên bản 2.0 ra đời tháng 7 năm 2002 PCI Express phiên bản 1.0 ra đời tháng 7 năm 2002 và ít lâu sau là 1.1 PCI Express phiên bản 2.0 ra đời 15 tháng 1 năm 2007 PCI Express phiên bản 3.0 sẽ ra mắt khoảng năm 2010 2.3 Các kiểu bus PCI PCI với bus 33,33 Mhz, độ rộng 32 bit là bus PCI thông dụng nhất cho đến thời điểm năm 2007 dùng cho các bo mạch mở rộng (bo mạch âm thanh, bo mạch mạng, bo mạch modem gắn trong...Tuy nhiên có một số bus PCI khác như sau: PCI 66 Mhz: Độ rộng bus: 32 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 266 Mbps PCI 64 bit: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 33 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 266 Mbps PCI 64 Mhz/66 bit: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 533 Mbps PCIX 64: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 533 Mbps PCIX 133: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 1066 Mbps PCIX 266: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 2; Băng thông: 2132 Mbps PCIX 533: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyển trong một xung nhịp: 4; Băng thông: 4266 Mbps 10
Những bus PCI 66 Mhz hoặc 64 bit theo liệt kê trên không thông dụng trong các máy tính cá nhân, chúng thường chỉ xuất hiện trên các máy chủ hoặc máy trạm. Hình 2.7 Khe cắm mở rộng PCI 33Mhz 11
Hình 2.8 Hình minh hoạ vị trí bus PCI trong bo mạch chủ Chương 3. Các đặc tính, thông số PCI bus 3.1 Các thông số của PCI được sử dụng trong các máy tính cá nhân bình thường Các đặc tả này đại diện cho phiên bản phổ biến nhất của PCI được sử dụng trong các máy tính thông thường: Đồng hồ 33.33 MHz với chuyển đồng bộ Tốc độ truyền tối đa là 133 MB / s (133 megabyte / giây) cho chiều rộng xe buýt 32bit (33,33 MHz × 32 bit ÷ 8 bit / byte = 133 MB / s) Chiều rộng bus 32 bit Không gian địa chỉ bộ nhớ 32 hoặc 64 bit (4 gigabyte hoặc 16 exabyte ) Không gian cổng I / O 32bit 256 byte (trên một thiết bị) không gian cấu hình Tín hiệu 5 volt Chuyển đổi sóng phản xạ 12
Đặc tả PCI cũng cung cấp các tùy chọn cho tín hiệu 3.3 V, chiều rộng bus 64 bit và đồng hồ 66 MHz, nhưng thường không gặp sự hỗ trợ PCIX trên bo mạch chủ của máy chủ. Bộ chỉ thị bus PCI thực hiện trọng tài bus giữa nhiều thạc sỹ trên bus PCI. Bất kỳ một số thạc sỹ bus nào cũng có thể nằm trên bus PCI, cũng như yêu cầu cho xe buýt. Một cặp tín hiệu yêu cầu và cấp được dành riêng cho mỗi chủ xe buýt. 3.2 Kích thước vật lí thẻ PCI Chiều rộng tối đa của một thẻ PCI là 15.24 mm (0.6 inch). Hai chiều cao khung được xác định, được gọi là chiều cao đầy đủ và thấp. Khung hoặc tấm lót là phần gắn chặt vào lồng thẻ để ổn định thẻ. Nó cũng thường chứa các kết nối bên ngoài, do đó, nó gắn vào một cửa sổ trong trường hợp máy tính để bất kỳ kết nối có thể truy cập từ bên ngoài. Mặt sau thường được gắn cố định vào trường hợp bằng ốc vít 6 32 hoặc M3, hoặc với một ngăn cố định riêng biệt là một phần của vụ án. Đối với mỗi chiều cao khung, hai chiều dài khác nhau đã được chỉ định cho tổng số bốn chiều dài, được gọi là chiều dài đầy đủ và nửa chiều cho thẻ chiều cao đầy đủ, và MD1 và MD2 cho các thẻ thấp. 3.2.1 Đầy đủ kích thước thẻ Các thẻ chiều cao đầy đủ ban đầu được xác định bởi chiều cao khung là 120 mm (4,7 inch). Chiều cao của một thẻ chiều cao đầy đủ chính nó là trên danh nghĩa 107 mm (4,2 inch). Chiều cao bao gồm đầu nối cạnh thẻ. Hai chiều dài đã được định nghĩa cho thẻ chiều cao đầy đủ, được gọi là chiều dài đầy đủ và nửa chiều dài. Thẻ PCI chiều cao đầy đủ chiều dài ban đầu được xác định là chiều dài 312 mm và chiều cao 107 mm (4,2 inch). Tuy nhiên, hầu hết các thẻ PCI hiện đại đều có kích thước từ một nửa chiều dài hoặc nhỏ hơn (xem bên dưới) và nhiều trường hợp máy tính hiện đại không thể chấp nhận được độ dài của một thẻ kích thước đầy đủ. Lưu ý, chiều dài này là chiều dài của bảng mạch in; nó không bao gồm chân ngắn góc của khung kim loại (có ảnh hưởng đến kích thước bao bì). Một số sản phẩm PCI có công suất cao có hệ thống làm mát hoạt động mở rộng vượt quá kích thước danh nghĩa. Tương tự như vậy, một số có thể chiếm nhiều hơn một không gian khe: chúng được gọi là thẻ rộng gấp đôi hoặc gấp ba. 13
3.2.2 Thẻ MD1, MD2 MD1 định nghĩa độ dài thẻ PCI 32bit ngắn nhất, 119,91 mm và chiều cao tối đa là 64,42 mm. MD2 xác định chiều dài tối đa của một card PCI thấp profile là 167,64 mm và chiều cao tối đa là 64,44 mm. Bất kỳ thẻ PCI có cấu hình thấp nào dài hơn chiều dài MD1 được coi là thẻ MD2. Đây là yếu tố hình thức thẻ thấp nhất phổ biến nhất. Bên cạnh PCI thông thường, nhiều loại thẻ PCI Express cũng được mô tả là yếu tố dạng MD2 thấp. 3.2.3 Một nửa chiều dài mở rộng thẻ (defacto tiêu chuẩn) Thẻ chiều cao nửa chiều dài nửa chiều có chiều dài lên tới 175,26 mm (6,9 inch) và chiều cao lên đến 107 mm (4,2 inch). Kích thước thực tế của nhiều thẻ được mô tả dưới dạng chiều cao một nửa chiều dài thấp hơn những giá trị tối đa này và chúng vẫn sẽ phù hợp với bất kỳ khe PCI PCI đủ tiêu chuẩn nào miễn là chúng sử dụng khung giá đủ chiều cao. Đây thực sự là chuẩn thực tế (trên thực tế) hiện nay đa số các thẻ PCI hiện đại nằm trong phong bì này. 3.2.4 Hồ sơ thấp (một nửa chiều cao) thẻ Thẻ PCI thấp (còn được gọi là thẻ LPPCI hoặc nửa chiều cao) được xác định bởi một khung giảm chiều cao xuống 79,2 mm (3,118 inch). Các đặc điểm kỹ thuật thấp hồ sơ giả định một khe PCI 3.3 volt. Vít giữ cũng đã được di chuyển gần 1.35mm gấp trong khung. Bản thân tấm thấp có chiều cao tối đa là 64.41 mm (2.536 inch) bao gồm đầu nối cạnh. Khung nhỏ hơn sẽ không phù hợp với hộp máy tính để bàn chuẩn, tháp hoặc 3U gắn trên máy tính, nhưng sẽ phù hợp với nhiều hộp máy tính để bàn dạng nhỏ gọn hơn (SFF) mới hoặc trong hộp đựng 2U . Các thẻ này có thể được biết đến bởi các tên khác như "mỏng". Nhiều nhà sản xuất cung cấp cả hai loại khung với thẻ, trong đó khung thường gắn với thẻ với một cặp ốc vít cho phép trình cài đặt dễ dàng thay đổi nó. PCISIG đã xác định hai chiều dài tiêu chuẩn cho các thẻ thấp. 3.3 Thẻ điện áp và keying Các loại thẻ PCI điển hình có một hoặc hai bậc phím, tùy thuộc vào điện áp báo hiệu của chúng. Các loại thẻ yêu cầu 3,3 volts có một khay 14