Systémová sběrnice - System bus
Systémová sběrnice je jeden počítač sběrnice , která spojuje hlavní komponenty počítačového systému, který kombinuje funkce s datovou sběrnicí nést informací, adresovou sběrnici určit, kde je třeba zaslat nebo číst, a řídící sběrnice pro určení její úkon. Tato technika byla vyvinuta za účelem snížení nákladů a zlepšení modularity, a přestože byla populární v 70. a 80. letech minulého století, modernější počítače používají různé samostatné sběrnice přizpůsobené konkrétnějším potřebám.
Sběrnice na systémové úrovni (na rozdíl od vnitřních CPU je DataPath autobusy) spojuje procesor s pamětí a I / O zařízení. Sběrnice na systémové úrovni je obvykle navržena pro použití jako základní deska .
Scénář pozadí
Mnoho počítačů vycházelo z prvního návrhu zprávy o zprávě EDVAC publikované v roce 1945. V architektuře Von Neumann , centrální řídicí jednotce a aritmetické logické jednotce (ALU, kterou nazýval centrální aritmetickou částí) byly kombinovány s počítačovou pamětí a vstupními a výstupními funkcemi, aby vytvořily počítač s uloženým programem . Zpráva představila obecnou organizaci a teoretický model počítače, nikoli však realizaci tohoto modelu. Návrhy brzy integrovaly řídicí jednotku a ALU do takzvané centrální procesorové jednotky (CPU).
Počítače v 50. a 60. letech 20. století byly obecně konstruovány způsobem ad-hoc. Například CPU, paměť a vstupní/výstupní jednotky byly každá jedna nebo více skříněk propojených kabely. Inženýři použili běžné techniky standardizovaných svazků vodičů a rozšířili koncept, protože v těchto raných strojích byly použity zadní desky pro držení desek s plošnými spoji . Název „autobus“ se již používal pro „ přípojnice “, které přenášely elektrickou energii do různých částí elektrických strojů, včetně raných mechanických kalkulaček. Příchod integrovaných obvodů výrazně snížil velikost každé počítačové jednotky a autobusy se staly standardizovanějšími. Standardní moduly mohly být propojeny jednotnějšími způsoby a snadněji se vyvíjely a udržovaly.
Popis
Aby byla zajištěna ještě větší modularita se sníženými náklady, byly paměťové a I/O sběrnice (a požadované řídicí a napájecí sběrnice ) někdy kombinovány do jediné jednotné systémové sběrnice. Modularita a náklady se staly důležitými, protože počítače byly dostatečně malé, aby se vešly do jedné skříně (a zákazníci očekávali podobné snížení cen). Digital Equipment Corporation (DEC) dále snížila náklady na sériově vyráběné minipočítače a paměťově mapované I/O do paměťové sběrnice, takže se zdálo, že jde o paměťová místa. To byl realizován v Unibus na PDP-11 kolem roku 1969, což eliminuje potřebu samostatného I / O sběrnici. Dokonce i počítače jako PDP-8 bez paměťově mapovaných I/O byly brzy implementovány se systémovou sběrnicí, která umožňovala zapojení modulů do jakéhokoli slotu. Někteří autoři tomu říkali nový zjednodušený „model“ počítačové architektury.
Mnoho raných mikropočítačů (s CPU obecně na jediném integrovaném obvodu ) bylo postaveno s jedinou systémovou sběrnicí, počínaje sběrnicí S-100 v počítačovém systému Altair 8800 přibližně v roce 1975. Počítač IBM PC používal Industry Standard Architecture (ISA) sběrnice jako systémová sběrnice v roce 1981. Pasivní základní desky raných modelů byly nahrazeny standardem umístění CPU a RAM na základní desku , pouze s volitelnými dceřinými deskami nebo rozšiřujícími kartami ve slotech systémové sběrnice.
Multibus stal standardem IEEE jako norma IEEE 796 v roce 1983. Sun Microsystems vyvinul systémové sběrnice v roce 1989 na podporu menších rozšiřující karty. Nejjednodušší způsob, jak implementovat symetrické multiprocesing, bylo zapojit více než jeden procesor do sdílené systémové sběrnice, která se používala v 80. letech minulého století. Sdílená sběrnice se však rychle stala úzkým hrdlem a byly prozkoumány sofistikovanější techniky připojení.
I ve velmi jednoduchých systémech je v různých časech datová sběrnice poháněna pamětí programu, RAM a I/O zařízeními. Aby se zabránilo sváru sběrnice na datové sběrnici, v každém okamžiku pohání datovou sběrnici pouze jedno zařízení. Ve velmi jednoduchých systémech musí být obousměrná sběrnice pouze datová sběrnice. Ve velmi jednoduchých systémech registr adres paměti vždy pohání sběrnici adres, řídicí jednotka vždy pohání řídicí sběrnici a dekodér adresy zvolí, které konkrétní zařízení může během tohoto cyklu sběrnice řídit datovou sběrnici. Ve velmi jednoduchých systémech každý instrukční cyklus začíná paměťovým cyklem READ, kde paměť programu přenese instrukci na datovou sběrnici, zatímco registr instrukcí tuto instrukci z datové sběrnice zablokuje. Některé instrukce pokračují paměťovým cyklem WRITE, kde registr paměťových dat přivádí data na datovou sběrnici do zvoleného zařízení RAM nebo I/O. Další instrukce pokračují dalším paměťovým cyklem READ, kde zvolená paměť RAM, programová paměť nebo I/O zařízení přenáší data na datovou sběrnici, zatímco registr paměťových dat tato data z datové sběrnice blokuje.
Složitější systémy mají sběrnici multi-master- mají nejen mnoho zařízení, z nichž každé řídí datovou sběrnici, ale také mnoho masterů sběrnic , z nichž každý řídí sběrnici adres. Adresová sběrnice i datová sběrnice v systémech snoopingu sběrnice musí být obousměrná sběrnice, často implementovaná jako třístavová sběrnice . Aby se zabránilo neshodám na sběrnici na sběrnici adres, arbitr sběrnice vybere, který konkrétní master sběrnice smí během tohoto cyklu sběrnice řídit adresovou sběrnici.
Duální nezávislý autobus
Jak se návrh CPU vyvinul do používání rychlejších místních sběrnic a pomalejších periferních sběrnic , Intel přijal terminologii duální nezávislé sběrnice (DIB) pomocí externí sběrnice na přední straně do hlavní systémové paměti a vnitřní sběrnice na zadní straně mezi jedním nebo více CPU a mezipaměti CPU . To bylo představeno v produktech Pentium Pro a Pentium II v polovině až koncem 90. let minulého století. Primární sběrnice pro komunikaci dat mezi CPU a hlavní pamětí a vstupními a výstupními zařízeními se nazývá sběrnice na přední straně a sběrnice na zadní straně přistupuje k mezipaměti úrovně 2.
Vzhledem k architektuře, ve které sdílejí čipovou sadu 4 procesory, je DIB od roku 2005 složena ze dvou sběrnic, z nichž každá je sdílena dvěma CPU. Teoretická šířka pásma je v nejlepším případě dvojnásobná ve srovnání se sdílenou sběrnicí na přední straně až na 12,8 GB/s. Informace snoop užitečné k zajištění soudržnosti mezipaměti sdílených dat umístěných v různých mezipaměti však musí být odesílány ve vysílání, což snižuje dostupnou šířku pásma. Aby se toto omezení zmírnilo, byl do čipové sady vložen filtr snoop, aby se informace o snoopu uložily do mezipaměti.
Moderní osobní a serverové počítače používají výkonnější propojovací technologie, jako je HyperTransport a Intel QuickPath Interconnect , zatímco architektura systémové sběrnice se nadále používala na jednodušších vestavěných mikroprocesorech. Systémová sběrnice může být dokonce interní v jediném integrovaném obvodu, což vytváří systém na čipu . Mezi příklady patří AMBA , CoreConnect a Wishbone .