В этом случае на графическом акселераторе установлен банк локальной памяти, к которому имеет доступ только сам акселератор, он является дополнением к буферу изображения, который все еще логически размещен в диапазоне адресов оперативной памяти. Кроме того, видеоадаптер может получить высокоскоростной доступ к оперативной памяти PC, используя для/этого шину AGP, микросхему Northbridge и шину оперативной памяти.
1.8.6 Шина L2: обходной путь для повышения производительности центрального процессора
На рис. 10 показан другой способ, позволяющий повысить быстродействие PC. Этим способом является использование специальной шины от центрального процессора до, кэш-памяти второго уровня. Например, в процессоре Pentium Pro кэш-память второго уровня работала с тактовой частотой микросхемы центрального процессора. В Pentium II она работает на половине тактовой частоты центрального процессора. В любом случае она работает намного быстрее, чем внутренняя шина системы, шина AGP или шина оперативной памяти. На рис. 10 показан центральный процессор, тактовая частота которого составляет 300 МГц.
Шина кэш-памяти второго уровня не только имеет более высокую тактовую частоту, чем шина, связывающая центральный процессор и микросхему Northbridge, она еще и работает независимо от этой шины. Это означает, что различные данные могут одновременно передаваться по каждой из этих шин.
На рис. 10 приведена конфигурация системы с несколькими шинами PCI. Основная шина PCI подключена к микросхеме Northbridge, и в разъемы этой шины установлены три карты расширения в формате PCI. На другом конце этой шины расположена микросхема Southbridge, назначение которой будет вскоре рассмотрено.
Обратите внимание, что у шины PCI есть ответвление, идущее направо. Этот ответвление проходит через микросхему "моста от одной шины PCI к другой" к специальному разъему, разработанному для использования в составе порта стыковочной станции. Порт стыковочной станции имеет соответствующий разъем, через который в нее кратчайшим путем передаются сигналы основной шины PCI. Существуют два способа осуществления подобного соединения: один из них предполагает использование дополнительной микросхемы Southbridge; другой из них построен на увеличении числа разъемов шины PCI.
На "южном" конце шины PCI расположена микросхема Southbridge. Эта микросхема содержит всю необходимую Интерфейсную логику для передачи сигналов с шины PCI намного более медленной шине ISA и на другие интерфейсы, которые могут использоваться в PC. Шина ISA, показанная на рисунке, имеет всего пару разъемов, поскольку большинство функций, которые раньше были возложены на карты расширения шины ISA, в настоявшее время реализуются соответствующими портами или картами расширения в формате PCI.
К микросхеме Southbridge подключаются дисководы гибких дисков. Эта микросхема обеспечивает поддержку двух EIDE-каналов (первичного и вторичного), к каждому из которых может быть подключено до двух EIDE-устройств. Кроме того, на ней реализована отдельная шина клавиатуры, шина мыши, стандартный (возможно ЕСР или ЕРР) параллельный порт и один или несколько стандартных последовательных портов.. В дополнение ко всем перечисленным интерфейсам на этой микросхеме может быть еще интерфейс шины, позволяющей осуществлять. связь с разъемами универсальной последовательной шины (USB) и с разъемами интерфейса IEEE 1394 (Firewire). И, наконец, микросхема Southbridge может иметь интерфейс для отсека подключения PC-карт, в приведенном на рисунке случае интерфейс Card Bus (32-разрядный) с шиной Zoomed Video подключается непосредственно к видеоподсистеме.
Интерфейсы ISA, IDE и PC-карт работают с тактовой частотой 8,33 МГц (это составляет ровно одну четверть тактовой частоты шины PCI). Другие порты работают с еще меньшими тактовыми частотами.
Конечно, главным событием, связанным с развитием PC за прошедшее десятилетие, явилась скорость, с которой росло их быстродействие, повышалась их сложность и снижалась их цена, по сравнению с предшествовавшими моделями. Одним из очевидных последствий этого процесса является то, что по мере того, как эти маленькие коробочки становились все более способными и все более доступными, все большее число людей желало их приобрести. Именно поэтому PC в настоящее время превратился в товар массового спроса. И большинство усилий людей, занятых в области разработки и производства PC, направлено на то, чтобы еще больше людей использовали компьютеры для решения все более широкого круга задач.
Но при этом назревает проблема. Уже сейчас в PC насчитывается дюжина различных интерфейсов ввода-вывода специального назначения. Каждый из них отличается от всех остальных. И большинство из них, если не все, необходимы, чтобы обеспечить обмен PC информацией со всеми аппаратными средствами, которые вы собираетесь к нему подключить.
Создается впечатление, что перед рассветом тьма гуще. Мы сталкиваемся с агрессивной рекламой "объединения" PC с телефонами и другими "бытовыми электроприборами", такими как видеомагнитофоны, телевизоры, радиоприемники, стиральные машины, микроволновые печи, тостеры, — вы сами можете продолжить этот список. Возможно, в недалеком будущем вы сможете купить подобное устройство, которое будет работать под управлением PC или передавать в него информацию. Мы не можем создавать специальный интерфейс для каждого из этих бытовых приборов и при этом не можем использовать для их подключения имеющиеся в настоящее время интерфейсы ввода-вывода информации. Нужно что-то радикально иное. Решение, к которому пришли некоторые очень умные люди, состоит в замене всех существующих интерфейсов ввода-вывода специального назначения на один или два действительно универсальных интерфейса. Да, это один или два типа действительно универсальных интерфейсов.
1.8.7 последовательные шины (USB и IEEE 1394)
Шина SCSI обладает многими полезными для нас свойствами. Шина PCI обладает рядом других полезных свойств. Объединяя лучшие черты каждой из шин и используя накопленный ими опыт, инженеры создали интерфейсы, которые по основным параметрам превосходят все предыдущие до них. Эти интерфейсы в настоящее время появляются на рынке.
Одним из них является универсальная последовательная шина (Universal Serial Bus, USB). Другой стандарт во многом аналогичен первому, но оптимизирован для обеспечения более высоких скоростей передачи данных, в настоящее время этот стандарт называется по имени разработавшего его комитета по стандартам, IEEE 1394. (Фирма Apple Computer, участвовавшая в разработке этого стандарта, дала ему более благозвучное имя "Firewire", но они оформили это название в качестве товарного знака и пока никому не позволяют его использовать.)
У этих двух стандартов, возможно, намного больше общего, чем различий.
Прежде всего, оба они — стандарты последовательного интерфейса. Это означает, что за один такт они передают в канал всего один бит информации. Это кажется медленным, пока вы не узнаете, что в самом медленном режиме скорость передачи составляет 1/2 миллиона бит каждую секунду. В самом быстром режиме скорость передачи превышает тысячу миллионов бит в секунду. Даже если в среднем для передачи одного байта потребуется передать примерно 10 бит, такие скорости впечатляют.
Кроме того, к каждой шине можно подключить целый пучок различных периферийных устройств, начиная с клавиатуры, мыши, "интеллектуального" громкоговорителя или "интеллектуального" микрофона и заканчивая видеокамерой, проигрывателем DVD дисков или жестким диском. Фактически, можно подключать все перечисленные и многие другие устройства одновременно.
И вот тут начинают проявляться различия между этими шинами. Шина USB специально разработана для периферийных устройств, характеризующихся низкой или средней скоростями передачи данных. Например, клавиатура должна посылать в PC несколько бит информации в секунду и получать еще меньшие объемы информации обратно. Она представляет собой типичное медленное устройство. В интеллектуальный (smart) громкоговоритель (под которым я подразумеваю устройство, способное принимать цифровые данные и преобразовывать их в звуки), будет поступать гораздо больше бит в секунду, но нескольких сотен тысяч вполне достаточно. Он представляет собой типичное периферийное устройство со средним быстродействием.
Шина USB позволяет обмениваться информацией с этими устройствами в двух режимах. В медленном режиме она осуществляет связь со скоростью 1,5 Мбит/с. В режиме среднего быстродействия она работает в восемь раз быстрее, и скорость передачи данных составляет 12 Мбит/с. Если преобразовать эти скорости передачи данных в байты в секунду, вы получите величины от 150 до 200 Кб/с (что приблизительно соответствует предельной скорости передачи стандартного последовательного порта) и даже немного выше 1 Мб/с (что близко к предельной скорости передачи параллельного порта в режиме ЕРР).
С другой стороны, интерфейс IEEE 1394 используется для высокоскоростной передачи больших объемов информации. Минимальная скорость передачи данных по этой шине примерно в восемь раз выше, чем максимальная скорость передачи по шине USB. .А предполагаемая максимальная скорость передачи (пока еще достигнутая только в лабораторных условиях, но ожидаемая в настольных системах через несколько лет) может далеко обойти скорость самых быстрых шин SCSI.
Вернемся к тому, что объединяет эти шины: они способны самостоятельно выбирать ширину используемой ими полосы частот. Это означает, что они позволяют любому устройству передавать данные с максимально возможной для него скоростью передачи. Но они оставляют в резерве достаточный запас пропускной способности, чтобы поддерживать обмен данными с другими устройствами на шине. Такое устройство, как видеокамера, которая просто обязана передать все имеющиеся данные на шину, поскольку ей их негде хранить, может запрашивать и должно быть уверено в том, что ему будет предоставлен канал передачи данных достаточной пропускной способности, чтобы успеть передать очередной кадр изображения до того, как будет закончено формирование следующего кадра. Другие устройства, которые могут позволить себе ожидание в.очереди на обслуживание, могут быть вынуждены ждать в этой очереди, но их потребности в скорости передачи данных будут, в конечном счете, учтены, поскольку общая ширина полосы частот (количество бит, передаваемых в секунду) шины достаточна для передачи всей информации.