Sínrendszerek

1. Sínrendszerek Belső sínek Külső bővítő sínek Egyéb vezérlő eszközök

2. Meghatározás • „A sínek azok a ragasztók, amelyek összetartják a számítógéprendszereket” • „Közös elektronikus pálya” /Andrew S. Tannenbaum/ • A sín a számítógép-architektúrákban a számítógép olyan része (alrendszere), amely lehetővé teszi adatok vagy feszültségek továbbítását számítógépen belül vagy számítógépek, illetve a számítógép és a perifériák között.

4. Kialakítás • A sín (busz) logikailag több perifériát kapcsol össze, mely során ugyanazt a vezetékrendszert használja. • Minden buszhoz számos csatlakozó tartozik, amelyek lehetővé teszik a kártyák, egységek vagy kábelek fizikai és elektromos csatlakoztatását.

5. Kapcsolat kialakítása • A kapcsolat kialakítása során meg kell határozni: • Mely részegységek kapcsolódjanak össze (címzés) • Az adat milyen irányban mozog a komponensek között(adó és vevő kiléte) • Hogyan kell összehangolni a komponensek működését(szinkronizáció)

6. Sínrendszer felépítése • Címsín: eszközök címzését szolgálja, azok címét továbbítja rajta a processzor. Szélessége: 32 bit • Adatsín: adatot küldi, vagy fogadja a processzor. Szélessége: többnyire 32 vagy 64 bit (ugyanennyi vezeték) • Vezérlősín: a processzor a vezérlőjelek kiküldésére, vagy azok fogadására használja. A vezérlőjelek száma minimálisan 10-15.

7. Kiterjedés szerinti osztályozás • Helyi sín (local bus) • Rendszer sín (system bus) • Memória sín (memory bus) • Rendszerközi sín (intersystem bus)

8. Helyi sín (local bus) • Egyedi kialakításúak (nincs rájuk szabvány) • Általában egy nyomtatott kártyán vagy egy lapkán belül helyezkednek el • Belső jeleket továbbítanak, melyeknek a kártyán (lapkán) kívül nem használhatók • Pl. északi vagy déli híd belső sínrendszere

9. Rendszer sín (system bus) • Fontos rendszer komponensek összeköttetésére szolgálnak • Rendszerint szabványosak. • A szabvány magába foglalja az elektromos és a mechanikai specifikációkat is (pl. az adat- és címvonalak számát, vezérlővonalak típusait és funkcióit, jelek feszültségszintjeit, csatlakozási lehetőségeket, időzítési viszonyok, stb.)

10. Memória sín (memory bus) • Az operatív tár és az északi híd közötti kapcsolat kialakításáért felelős • Nem minden rendszerben különül el kifejezetten a rendszer síntől • Bizonyos architektúrák esetén a memóriát direkt módon kapcsolja össze a processzorral • Növeli a teljesítményt és az adatbiztonságot • Hátránya: előállítási költségek magasabbak

11. Rendszerközi sín (intersystem bus) • Számítógéprendszereket köt össze • Az összekötött rendszerek számítógép hálózatokat alkotnak • Az áthidalt távolságtól és a kialakítástól függően lehet LAN, MAN stb.

12. Időzítés szerinti osztályozás • Szinkron sín (synchronous bus) • Aszinkron sín (asynchronous bus)

13. Szinkron sín (synchronous bus) • Órajel segítségével, előre meghatározott sebességgel ütemezve történik az adatátvitel. • Minden síntevékenység az órajel által biztosított sínciklus egész számú többszöröséig tart. • Nincs kapcsolatfelvétel és visszaigazolás • Abban az esetben használható hatékonyan, ha a kommunikációban résztvevő eszközök azonos sebességűek

14. Aszinkron sín (asynchronous bus) • Az események tetszőleges időpontban bekövetkezhetnek • Nincs közös órajel (az összekapcsolódó eszközök csak saját órajellel rendelkezhetnek) • A kapcsolat csak az adatátvitel idején áll fenn • Szükség van a kapcsolatfelvételre, az adatok vételét vissza kell igazolni – ezt hívjuk mesterszinkronizációnak

15. Típus szerinti osztályozás • Párhuzamos sín (parallel bus) • Soros sín (serial bus)

16. Párhuzamos sín (parallel bus) • Több csatlakozó helyezkedik el • A csatlakozók közötti távolság változhat, az elektromos összeköttetés a csatlakozók között állandó • A vezetékek száma lényegtelen, de az lényeges, hogy minden csatlakozóhoz ugyanannyi vezeték csatlakozik • Egy időben egy szót visznek át a vezetékeken • Példák: ISA, EISA, VESA, PCI

17. Soros sín (serial bus) • Kevés csatlakozóval rendelkeznek • Bitről bitre továbbítják az adatokat • Gyakran jóval gyorsabban dolgoznak, mint a párhuzamos sínek a kevés kapcsolódási pont ellenére • Példák: PCI Express, USB

18. Teljesítményt befolyásoló tényezők • Átvitel sebessége (a sín ciklusideje) • A sín órajele • Bitszélesség (bitszám), azaz párhuzamosan hány biten megy az információtovábbítás • Átviteli protokoll • A sínen elhelyezkedő vezérlők száma

19. Belső sínek

21. Áttekintés

22. XT (Extended Technology) • Egyes szakirodalomISA-nak nevezi • Megjelenés éve: 1981 • Az IBM általkifejlesztett rendszer sín • 8 bites, szinkron sín, órajele: 5,33 MHz • Az Intel 8086-os processzorával kapcsolódott, mely 8 bites adatsínnel rendelkezett • 20 bites címsín, 220= 1MB címtartomány

23. AT (Advanced Technology) • Később ISA névenIndustrial StandardArchitecture • 16 bites, aszinkronsín (8,33 MHz) • 8 bites kártyákat is kezel • 24 bites címsín, 224=16 MB címtartomány • Átviteli sebessége: 8 MB/s • Gyakorlatban: 4-6 MB/s

24. EISA • Extended IndustryStandard Application • 32 bites, szinkron sín • Órajele: 8,33 MHz • Átviteli sebessége:33 MB/s (4B * 8,33MHz) • ISA kompatibilis: 8, 16 bites kártyákhoz • 32 bites címsín: 4 GB-os címtartomány • Csatlakozója hasonló az ISA-hoz, de annál magasabb (kétoldalas, kétsoros)

25. VESA • Video ElectronicsStandards Association • 32 bites, szinkron sín • Órajele: 33 MHz • Átviteli sebessége: 133MB/s, ami a felhasznált kártyák számával csökken • Max 2-3 csatlakozóhelyet lehet kialakítani, melyek lefelé kompatibilisek • A processzorhoz közelebb lévő eszköz nagyobb prioritással rendelkezik

27. PCI • Peripherial ComponentInterconnect • 32, 64 bites, szinkron sín • Órajele: 33, 66 MHz • Átviteli seb.: 133-266 MB/s (33 MHz) v2.1: 266-532 MB/s (66 MHz) • Teljesen elkülönül az ISA busztól • 10 eszköz, ebből 5 ill. 6 kártyahely • Plug and Play és Busmastering technológia

28. AGP (Accelerated Graphics Port) • Megjelenés éve: 1997 • Intel fejlesztette ki • 32 bites sín • Órajele: 66 MHz • Egy órajel ciklus alatt 1-8 adatot mozgat • AGP 1x, AGP 2x, AGP 4x, AGP 8x • Átvitel: 266 MB/s - 2133 MB/s (2 GB/s) • Közvetlenül képes elérni a memóriát és a processzort, a chipkészlettel(északi híd) kommunikál

29. PCI-Express (PCIe) • PCI sínrendszer egyik utódja • A fizikai adatátvitel nagysebességű soros kapcsolaton keresztül történik • Pont-pont összeköttetést biztosít a különböző készülékek között • Egyéb jellemzői: • alacsony fogyasztás • energiatakarékossági funkciók támogatása • bővítőkártyák működés közbeni csatlakoztatásának, cseréjének lehetősége

30. A PCI-nál az eszközök osztoznak a sínen, ami több eszköz esetén lassabb átvitelt eredményez A PCI Express-nél(a switch jóvoltából) minden eszköz úgy látja, mintha saját, külön sínnel rendelkezne PCI és PCIe összehasonlítása

31. PCIe - Switch (link, lane) • Az eszközök egy switchen keresztül érik el a sínt • Gondoskodik a pont-pont kapcsolatok létrehozásáról • Vezérli a sín adatforgalmát

32. PCIe - Link • A switch és az eszközök közötti kapcsolatokat nevezzük link-nek • Minden link duál szimplex működésű: az adó és a vevő két, egyirányú csatornán keresztül továbbíthat adatot

33. PCIe - Lane • Minden link egy vagy többlane-ből áll • Egy bit egyidejű átvitelét teszi lehetővé (2,5 Gb/s) • A technológia által a lane-ek száma1, 2, 4, 8, 12, 16, 32-re emelhető linkenként

35. PCIe v2.0 • Megjelenés éve: 2007 • Alap átviteli sebesség megkétszereződik2,5 Gb/s-ről 5 Gb/s-ra • A 16-szoros csatlakozó átvitele 16 GB/s! • Nagy teljesítményű (250-300W) grafikus vezérlők támogatása • További fejlesztések: • átviteli sebesség dinamikus változtatásának lehetősége • eszközök és a csatlakozók jobb kezelése

37. FSB (Front Side Bus) • Magyarul: főoldali sín • A processzor teljes, külső adatmozgását végzi • Fizikailag a központi egység és azészaki híd között helyezkedik el • Az alaplapon a legnagyobb sebességű adatmozgások rajta keresztül zajlanak • A teljes szinkron működés eléréséhez a processzor órajel frekvenciáját az FSB órajelének többszörözésével állítják elő

38. LPC (Low Pin Count) • Megjelenés éve: 1998 • Intel fejlesztette ki (ISA alternatíva) • Alacsony átviteli sebességű eszközöket köt össze a processzorral: • Flash ROM (BIOS) • Öröklött be- és kiviteli eszközök (Super I/O chip) • Vezetékei a déli hídhoz csatlakoznak • Csak 4 adatvonala van, mégis nagyobb az adatátviteli sebessége az ISA-nál mivel 33 MHz-en működik (8 helyett)

39. Super I/O chip • Megjelenés éve: 1980 • Integrált áramkörök azoncsoportja, melyek az alábbi,alacsony átviteli sebességű eszközök be- és kimeneti vezérlőit tartalmazzák: • Floppy meghajtó • Párhuzamos port • Soros port • Egér és billentyűzet • Joystick • Az LPC sín által (kezdetben ISA) csatlakozik a déli hídhoz

41. Külső bővítő sínek

42. PCMCIA • Personal ComputerMemory CardInternationalAssociation • Hordozható számítógépek bővítősínje • Kezdetben 16 bit széles • Mára 32 bites – CardBus néven ismert • Hot Swap technológia • Merevlemezes egységek,hálózati csatolók, modemeket, csatlakoztatására

43. PCMCIA méretek • Bankkártya nagyságú • Három típus: • I-es: legkisebblegkevésbé elterjedt • II-es: közepesleginkább elterjedt • III-as: legnagyobbleginkább merevlemezek csatlakoztatására • A legtöbb notebook-on két darab II-es található

44. USB (Universal Serial Bus) • Univerzális soros sín • Hot Swap technológia • 4 érintkezője van • Összeköttetés árnyékolt, négy eres kábelen, mely hossza nem lehet több 5 méternél • A kábel áramot is szállít (kb. 10 eszköz) • Saját tápegységgel rendelkező eszközök esetén maximálisan 127 darab csatlakoztatható

45. USB csatlakozó típusok

46. USB működése • Az USB rendszer egy hierarchikusan kialakított fa struktúrájú, láncba fűzhető rendszer • Középpontjában a PC áll, ami tartalmazza • a fővezérlőt - Host Controller • és a kiindulási pontot - Root Hub • A Root Hub általában 2 db USB csatlakozót tartalmaz (alaplapon) • Ehhez eszközök ill. Hub-ok illeszthetők

47. USB Host Controller és Hubok

48. USB verziók • Az évek során, a technológia belső fejlődésével jöttek létre • Külső változás nem történt • Lefelé kompatibilitás a szűk keresztmetszet alapján • Verziók és átviteli sebességek: • USB v1.0: 1,5 Mb/s • USB v1.1: 12 Mb/s • USB v2.0: 480 Mb/s • USB v3.0: 2009 végére (v2.0 tízszerese)

49. FireWire • „Tüzes drót”, más névenIEEE 1394-es szabvány • Nagysebességű soros csat. • Hot Swap technológia • Apple Computers fejlesztette ki • 1995-ben szabványosították • Két változata ismert: • 6 érintkezős:adattovábbítást és tápellátást is biztosít • 4 érintkezős:külön tápellátást igényel az adott eszköz

50. FireWire kialakítása • A kábel nem lehet hosszabb5 méternél • Az eszközök láncba fűzhetők • Maximálisan 63 eszköz • Az eredeti szabvány 400 Mb/s sebességű adatátvitelt tesz lehetővé • Az újabbak (rövid kábelen)0,8 és 1,6 Gb/s-os átvitelt is elérnek • Tipikus felhasználása: digitális videó kamera, DVD-író, merevlemez, stb.