Bus USB universel consécutif (bus série universel). Modes de transmission de la transmission de TIRE USB USB de pneus USB universel

Le bus séquentiel USB (Universal Serial Bus est un pneu séquentiel universel) Normes informatiques pendant une longue période - la version de la première version approuvée de la norme est apparue le 15 janvier 1996. Le développement de la norme a été lancé par des entreprises très autoritaires - Intel, Dec, IBM, NEC, Northen Telecom et Compaq.

L'objectif principal de l'ensemble standard avant que ses développeurs consistaient à créer une capacité réelle de travailler dans le mode Plug & Play avec des périphériques. Cela signifie que l'appareil doit être connecté à l'ordinateur de travail, la reconnaissance automatique immédiatement après la connexion et l'installation ultérieure des pilotes appropriés. De plus, il est souhaitable d'alimenter des dispositifs à faible puissance de servir du pneu lui-même. La vitesse des pneus devrait être suffisante pour la majorité écrasante des dispositifs périphériques. En cours de route, le problème historique du manque de ressources sur les pneus internes IBM PC compatible ordinateur compatible est résolu - le contrôleur USB ne prend qu'une interruption quel que soit le nombre de périphériques connectés au bus.

Les possibilités du bus USB série sont suivies de ses caractéristiques techniques:

Taux de bits de signalisation de vitesse d'échange élevé - 12 Mo / s

Longueur maximale du câble pour le métabolisme élevé - 5 m

Vitesse d'échange faible (débit de bits à faible signalisation) - 1,5 MB / s

Longueur maximale du câble pour métabolisme faible - 3 m

Le nombre maximum de périphériques connectés (y compris le multiplateur) est de 127.

Il est possible de connecter des périphériques avec différents taux de change

Pas besoin d'installer des éléments supplémentaires tels que des terminateurs pour SCSI

Tension d'alimentation pour appareils périphériques - 5 V

Courant de consommation maximum sur un appareil - 500 mA.

Par conséquent, il est conseillé de se connecter à USB à pratiquement tous les dispositifs périphériques, à l'exception des caméras vidéo numériques et des disques durs à grande vitesse. La conception des connecteurs pour USB est conçue pour plusieurs joints / démembrement.

La possibilité d'utiliser uniquement deux vitesses de change de données limite l'utilisation du pneu, mais réduit considérablement le nombre de lignes d'interface et simplifie la mise en œuvre matérielle.

La puissance directement à partir de USB est possible uniquement pour les appareils à faible consommation, tels que des claviers, des souris, des joysticks, etc.

Les signaux USB sont transmis à un câble à 4 fils.

Le câble pour supporter la vitesse de pneu complète (à la vitesse complète) est effectué sous forme de paire torsadée, protégée par l'écran et peut également être utilisée pour fonctionner en mode de vitesse minimum (basse vitesse). Le câble de fonctionnement uniquement à la vitesse minimale (par exemple, pour connecter la souris) peut être n'importe lequel et non blindé.

Le système USB est divisé en trois niveaux avec certaines règles d'interaction. Le périphérique USB contient une partie d'interface, une partie de l'appareil et la partie fonctionnelle. L'hôte est également divisé en trois parties - interface, systémique et appareils. Chaque partie ne se réunit que pour une certaine gamme de tâches, une interaction logique et réelle entre elles illustre la Fig. 69

La structure à l'étude comprend les éléments suivants:

Le périphérique physique USB est un périphérique sur le bus qui effectue les fonctions d'intérêt pour l'utilisateur final.

Client SW - Logiciel correspondant à un périphérique spécifique exécuté sur l'ordinateur hôte. Cela peut faire partie intégrante du système d'exploitation ou d'un produit spécial.

Système USB SW - Support système USB, indépendant des périphériques spécifiques et du logiciel client.

Contrôleur hôte USB - Matériel et logiciel pour connecter des périphériques USB à un ordinateur hôte.

Figure. Interaction de 69 composants USB

Interface physique

Les signaux d'information et la tension d'alimentation 5V sont transmis sur un câble à quatre fils. Une méthode différentielle pour transmettre des signaux D + et D-pour deux fils est utilisé. Les niveaux de signal de transmetteur en mode statique doivent être inférieurs à 0,3 V (faible) ou supérieur à 2,8 V (niveau élevé). Les récepteurs sont essentiels de la tension d'entrée de 0,5 ... + 3,8 V. Les émetteurs doivent pouvoir passer à l'état de haute impédance pour une transmission demi-duplex bidirectionnelle sur une paire de fils.

La transmission sur deux fils en USB ne se limite pas aux signaux différentiels. Outre le récepteur différentiel, chaque appareil présente des récepteurs linéaires de signaux D + et de D +, et les émetteurs de ces lignes sont géré individuellement. Cela vous permet de distinguer plus de deux statuts de la ligne utilisées pour organiser une interface matérielle. Les états de diffo et diff1 sont déterminés par la différence de potentiel sur les lignes D + et D - plus de 200 mV, à condition qu'à l'une d'entre elles, le potentiel au-dessus du seuil de déclenchement de la VSE. Une condition dans laquelle, sur les deux entrées D + et D-, il y a un niveau bas, appelé zéro linéaire (SEO - zéro basculé). L'interface détermine les états suivants:

State Dataj et données à l'état - L'état du bit transmis (ou simplement J et K) est déterminé par l'état de DIFFO et DIFF1.

Etat veille - Pause sur le bus.

CV State - Signal "Awakening" pour la sortie du périphérique à partir du mode "Sleep".

Le début du paquet (SOP) est le début de l'emballage (transition de l'état inactif en k).

La fin du paquet (EOP) est la fin de l'emballage.

Déconnecter - L'appareil est désactivé du port.

Connect - L'appareil est connecté au port.

Réinitialiser - Réinitialiser le périphérique.

Les états sont déterminés par des combinaisons de signaux différentiels et linéaires; Pour les vitesses complètes et peuplées des États Diffo et Diff1 ont la mission inverse. En décodant les états de déconnexion, de connexion et de réinitialisation, le moment de la recherche de lignes (plus de 2,5 ms) dans certains états est pris en compte.

Le pneu a deux modes de transmission. Le taux de transmission total des signaux USB est de 12 Mbps, faible - 1,5 Mbps. À pleine vitesse, une paire de torsades blindée est utilisée avec une impédance de 90 ohm et la longueur du segment à 5 m, pour un câble de non-intité de faible intiser jusqu'à 3 m.

Les signaux de synchronisation sont codés avec la méthode NRZI (non de retour à zéro invert), son fonctionnement illustre la Fig. 72. Chaque package est précédé d'un champ de synchronisation de synchronisation permettant au récepteur de syntoniser la fréquence de l'émetteur.

Le câble dispose également d'une VBUS et de lignes GND pour transmettre la tension d'alimentation 5 aux dispositifs. La section transversale conductrice est sélectionnée conformément à la longueur du segment pour fournir un niveau de signal garanti et une tension d'alimentation.

Figure. 70 Connexion d'un périphérique complet

Figure. 71 Connexion d'un périphérique à basse vitesse

Figure. 72. Données de codage selon la méthode NRZI

La norme définit deux types de connecteurs (tableau 7 et fig. 73).

Tableau 7.

Les connecteurs "A" sont utilisés pour se connecter aux hubs (connecteur en amont). Les bouchons sont installés sur des câbles non déconnectés des périphériques (par exemple, clavier, souris, etc.). Les nids sont installés sur des moyeux vers le bas (port en aval).

Les connecteurs «B» (connecteur en aval) sont installés sur des périphériques à partir duquel le câble de connexion peut être déconnecté (imprimantes et scanners). La réponse (fourche) est installée sur le câble de connexion, dont l'extrémité opposée a une fiche de type "A".

Type Connectors "A" et "B" diffèrent mécaniquement (Fig. 73), qui élimine les connexions de boucle inacceptables des ports de moyeu. Les connecteurs à quatre contacts ont des touches qui excluent une connexion incorrecte. La conception du connecteur fournit une connexion ultérieure et une déconnexion précoce des circuits de signalisation par rapport à l'alimentation. Pour reconnaître le connecteur USB du boîtier de l'appareil, la désignation symbolique standard est définie.

Figure. 73. Sockets USB: A - Type "A", B - Type "In", Désignation symbolique

Modèle de transfert de données

Chaque périphérique USB est un ensemble de points d'extrémité indépendants (point de terminaison), avec lequel le contrôleur hôte échange des informations. Les paramètres suivants sont décrits dans les paramètres suivants:

fréquence d'accès nécessaire au bus et aux retards de maintenance valides;

bande passante de canal requise;

numéro de point;

exigences de traitement des erreurs;

tailles maximales de packages transmis et reçus;

type de partage;

la direction d'échange (pour les échanges solides et isochronny).

Chaque appareil a nécessairement un point fini avec le nombre 0 utilisé pour initialiser, contrôler globalement et une enquête de son état. Ce point est toujours configuré lorsque l'alimentation est allumée et connecte le périphérique au bus. Il prend en charge le type de gestion "Gestion".

En plus du point zéro, la fonction de périphérique peut avoir des points supplémentaires qui implémentent un échange de données utile. Les périphériques à basse vitesse peuvent avoir jusqu'à deux points supplémentaires, une vitesse complète à 16 points d'entrée et 16 points de sortie (restriction de protocole). Les points ne peuvent pas être utilisés avant qu'ils ne soient configurés (établir une chaîne convenue avec eux).

Le canal (tuyau) en USB s'appelle le modèle de transfert de données entre le contrôleur hôte et le point de terminaison (point final) de l'appropriation. Il existe deux types de canaux: flux (flux) et communication (message). Le flux fournit des données d'une extrémité du canal à un autre, il est toujours unidirectionnel. Le même numéro de critère peut être utilisé pour deux canaux de flux - entrée et sortie. Le flux peut mettre en œuvre les types d'échange suivants: solide, isochrone et interruptions. La livraison va toujours en ordre "D'abord entré - d'abord sorties" (FIFO); Du point de vue de l'USB, les données de flux sont non structurées. Les messages ont un format défini par la spécification USB. L'hôte envoie une demande au point final, après laquelle est transmis (accepté) le package de messages, suivi d'un colis avec l'état du point final. Le message suivant ne peut pas être envoyé normalement avant le traitement de la précédente, mais lors de la réinitialisation des erreurs, des messages non désignés sont réinitialisés. La messagerie double face est adressée au même point final. Pour livrer des messages, seul l'échange de type "gestion" est utilisé.

Les canaux correspondant au point d'extrémité (bande passante, type de service, taille de tampon, etc. sont liés aux canaux. Les canaux sont organisés lors de la configuration des périphériques USB. Pour chaque appareil activé, il existe un canal de messagerie (tuyau de commande 0), qui est transmis à la configuration, au contrôle et aux informations d'état.

Types de transfert de données

USB prend en charge les modes de communication unidirectionnels et bidirectionnels. Le transfert de données est effectué entre l'hôte et le point final de l'appareil. L'appareil peut avoir plusieurs points d'extrémité, la communication avec chacune d'elles (canal) est définie indépendamment.

L'architecture USB admet quatre types de données de base:

Transferts de contrôle utilisés pour configurer lors de la connexion et pendant le fonctionnement pour gérer les périphériques. Le protocole fournit une livraison de données garantie. Le champ de données du colis de contrôle ne dépasse pas 64 octets à pleine vitesse et 8 octets sur bas.

Transmissions complètes (transferts de données en vrac) Forfaits relativement volumineux sans exigences difficiles pour le délai de livraison. Les transmissions occupent toute la panne de pneus gratuite. Les emballages ont un champ de données en taille 8, 16, 32 ou 64 octets. La priorité de ces engrenages est le plus bas, ils peuvent être suspendus avec un grand chargement de bus. Autorisé uniquement au taux de transmission complet.

L'interruption (interruption) est courte (jusqu'à 64 octets à pleine vitesse, jusqu'à 8 octets sur le type de transmission faible) de caractères entrés ou de coordonnées. Les interruptions ont un caractère spontané et doivent être entretenues non plus lentement que le périphérique. La limite de temps de service est définie dans la plage de 1 à 255 ms pour toute vitesse et 10-255 ms - pour bas.

Transferts isochrones (transferts isochrones) - Transmissions continues en temps réel, qui occupent une partie précédemment convenue de la bande passante de pneu et ayant un délai de livraison spécifié. En cas de détection d'erreur, les données isochrones sont transmises sans répétition - des paquets non valides sont ignorés. Exemple - transmission vocale numérique. Le débit est déterminé par les exigences relatives à la qualité de la transmission et le délai de livraison peut être critique, par exemple lors de la mise en œuvre de téléconférence.

La bande passante du bus est divisée entre tous les canaux installés. La barre sélectionnée est fixée par le canal et si le réglage d'un nouveau canal nécessite une telle bande qui ne s'intègre pas dans la distribution déjà existante, le canal de sélection du canal est rejeté.

L'architecture de l'utilisation prévoit la mise en mémoire tampon interne de tous les périphériques, et la largeur de bande plus grande nécessite un dispositif, plus son tampon devrait être. USB devrait fournir un échange à une telle vitesse afin que le délai de données dans le dispositif causé par la mémoire tampon n'ait pas dépassé plusieurs millisecondes.

Les transmissions isochrones sont classées selon la méthode de synchronisation des points d'extrémité - sources ou receveurs de données - avec le système: distinguer des classes d'appareil asynchrones, synchrones et adaptatives, chacune correspondant à son type de canal USB.

Protocole

Tous les échanges (transactions) via USB se composent de trois packages. Chaque transaction est planifiée et commence à l'initiative du contrôleur, qui envoie un marqueur de paquets (paquet de jeton). Il décrit le type et la direction de la transmission, l'adresse du périphérique USB et le numéro de point final. Dans chaque transaction, il est possible d'échanger uniquement entre le périphérique adressable (son point de fin) et l'hôte. L'appareil adressé au marqueur reconnaît son adresse et se prépare à échanger. La source de données (définie par le marqueur) transmet un paquet de données (ou une notification de l'absence de données destinée à la transmission). Après avoir reçu avec succès le package, le récepteur de données envoie un package de confirmation (paquet de poignée de main).

La planification des transactions fournit des canaux de streaming. Au niveau du matériel, l'utilisation d'une défaillance transactionnelle (nack) avec une intensité de transmission non valide empêche les tampons de débordement en haut et en dessous. Les marqueurs de transaction rejetés sont ré-transmis au temps libre pour le pneu. La gestion des flux vous permet de planifier de manière flexible la maintenance des flux de données hétérogènes simultanés.

Résistance aux erreurs Assurez-vous les propriétés USB suivantes:

Signaux de haute qualité obtenus en raison de récepteurs / émetteurs différenciés et de câbles blindés.

Protection des champs de contrôle et des codes CRC de données.

Détection de la connexion et de la désactivation des périphériques et de la configuration des ressources au niveau du système.

Protocole autonome avec un délai d'attente lors de la perte de paquets.

Contrôle de flux pour assurer des tampons matériels d'isochronisme et de contrôle.

Indépendance des fonctions d'échanges infructueux avec d'autres fonctions.

Pour détecter les erreurs de transmission, chaque paquet contient des codes CRC champs qui vous permettent de détecter toutes les erreurs de bits simples et doubles. Détection matérielle Détection des erreurs de transmission et le contrôleur produit automatiquement une tentative de transmission à trois fois. Si les répétitions sont infructueuses, le message d'erreur est transmis au logiciel client.

Formats de paquet

Les octets sont transmis sur la série de bus, en commençant par le plus jeune. Tous les colis sont organisés en paquets. Chaque paquet commence par le champ de synchronisation de synchronisation, qui est représenté par la séquence d'état KJKJKJKK (codée par NRZI), suivante après l'état de ralenti. Les deux derniers bits (CC) sont le marqueur de démarrage du package SOP utilisé pour identifier le premier bit de l'identifiant de package PID. L'identifiant de l'emballage est un champ PID de 4 bits identifiant le type d'emballage (tableau 8), suivi des mêmes 4 bits, mais inversé.

Dans, configurez et sortez des paquets, les champs d'adresse suivants sont les champs d'adresses: l'adresse 7 bits de la fonction et l'adresse 4 bits du noeud final. Ils vous permettent de répondre à 127 fonctions USB (adresse zéro est utilisée pour la configuration) et 16 points de terminaison dans chaque fonction.

Dans le paquet SOF, il existe un champ Numéro de cadre de 11 bits (champ de numéro de cadre), de manière cohérente (cycliquement) agrandie pour la trame suivante.

Le champ de données peut être de taille de 0 à 1023 octets entier. La taille du champ dépend du type de transmission et est cohérente lorsque le canal est établi.

Le champ SCC-COLA est présent dans tous les marqueurs et forfaits de données, il protège tous les champs de paquets, à l'exclusion du PID. CRC pour les marqueurs (5 bits) et les données (11 bits) sont calculés à l'aide de différentes formules.

Tableau 8.

			Contenu et but
			Fonction d'adresse et numéro de point de terminaison - Marqueur de transaction de fonction
			Fonction d'adresse et numéro de point de terminaison - marqueur de transaction hôte
			Cadre de démarrage du marqueur
			L'adresse de la fonction et le numéro de point final est un marqueur de transaction avec un point de contrôle
			Forfaits de données avec PID pair alternatif à une identification de confirmation précise
			Confirmation du package d'erreur
			Le récepteur n'a pas pu accepter ou l'émetteur n'a pas réussi à transmettre les données. Peut être utilisé pour contrôler le flux de données (sans préparation). Dans les transactions d'interruptions, c'est un signe de l'absence d'interruptions non écoutées
			Le point final nécessite une intervention de l'hôte
			Préambule de transmission basse vitesse

Chaque transaction est initiée par le contrôleur hôte avec la parcelle du marqueur et est terminée avec le package d'accusé de réception. La séquence des paquets dans les transactions illustre la Fig. 7.7.

Le contrôleur hôte organise des échanges avec des appareils conformément à son plan d'allocation de ressources. Le contrôleur est cycliquement (avec une période de 1 ms) FORMES FORMES FORMES (Cadres) dans lesquelles toutes les transactions planifiées sont empilées. Chaque image commence avec l'envoi du marqueur SOF (début de la trame), qui est un signal de synchronisation pour tous les périphériques, y compris les hubs. À la fin de chaque image, l'intervalle de temps EOF (fin de trame) est mis en surbrillance au cours de laquelle les concentrateurs interdisent la transmission vers le contrôleur. Chaque image a son propre numéro. Le contrôleur hôte exploite un compteur de 32 bits, mais dans le marqueur SOF ne transmet que 11 bits. Le numéro de cadre augmente (cycliquement) au cours de l'EOF. L'hôte prévoit de charger des cadres afin qu'ils aient toujours un lieu de contrôle et d'interruption des transactions. Les cadres de temps libre peuvent être remplis de transmissions solides (transferts en vrac).

Tâche pour effectuer des travaux

1. Décrire les fonctions de gestion des bus et des ports

a) la formation de l'adresse de port

b) Organisation du canal via dans l'interface système pour la transmission de données entre le port de périphérique d'E / S et le député.

2. La structure de la mémoire microprocesseur.

3. Bus USB série. Modes de transfert de données.

4. Chipset. Sa nomination. Diagramme de chipset.

5. Mémoire à microprocesseur. Registres et leur rendez-vous.

6. Interfaces standard et formats de transfert de données.

7. Apportez les schémas pour connecter des modems, des imprimantes, des traceurs au port COM.

8. Dessinez un schéma pour l'interaction des composants \\ USB.

USB fournit un échange de données entre l'ordinateur hôte et plusieurs périphériques (PU). Selon la spécification USB, les périphériques, les appareils peuvent être des moyeux, des fonctions ou une combinaison de ceux-ci. Le dispositif hub (hub) fournit uniquement des points de connectivité supplémentaires au bus. Le périphérique USB (fonction) fournit un système de fonctionnalité supplémentaire, tel que la connexion à ISDN, le joystick numérique, les haut-parleurs acoustiques d'une interface numérique, etc. Dispositif combiné (dispositif composé), contenant plusieurs fonctions, apparaît sous forme de moyeu avec quelques fonctions avec quelques fonctions associées à appareils informatiques. Le périphérique USB doit avoir une interface USB qui fournit une prise en charge USB complète, exécutant des opérations standard (configuration et réinitialisation) et fournissant des informations décrivant le périphérique. Le fonctionnement de l'ensemble du système USB contrôle le contrôleur hôte (contrôleur hôte), qui est un ordinateur hôte logiciel et matériel. Le bus vous permet de connecter, de configurer, d'utiliser et de déconnecter les périphériques pendant que l'hôte fonctionne et les appareils eux-mêmes. Le bus USB est un hôtetrical: le seul périphérique principal qui contrôle l'échange est un ordinateur hôte et tous les périphériques attachés à celui-ci sont exceptionnellement entraînés. La topologie physique du bus USB est une étoile multi-tiier. Son sommet est un contrôleur hôte, combiné à un concentrateur racine (hub racine), en règle générale, double port. Le moyeu est un dispositif de séparateur, il peut s'agir d'une source d'alimentation pour les appareils qui y sont liés. Chaque port du moyeu peut directement connecter le dispositif périphérique ou le moyeu intermédiaire; Le pneu admet jusqu'à 5 niveaux de hubs en cascade (ne comptant pas la racine). Étant donné que les dispositifs combinés en eux-mêmes contiennent un moyeu, leurs connexions au moyeu du 6ème niveau sont déjà inacceptables. Chaque concentrateur intermédiaire présente plusieurs ports en aval pour connecter des dispositifs périphériques (ou concentrateurs sous-jacents) et un port amont (amont) pour la connexion au moyeu de racine ou au port vers le bas à un concentrateur plus élevé. La topologie logique de l'USB est un arbitraire de l'étoile: Pour les hôtes Hub, créez une illusion de la connexion directe de chaque périphérique. Contrairement aux pneus d'extension (ISA, PCI, carte PC), où le programme interagit avec des périphériques par des appels à des cellules de mémoire physique, des ports d'E / S, des interruptions et des canaux DMA, l'interaction des applications avec des périphériques USB est effectuée uniquement via l'interface logicielle. Cette interface qui fournit l'indépendance des références aux périphériques est fournie par le système USB pour le contrôleur USB.

Contrairement à de lourdes boucles de pneus parallèles à un et en particulier aux pneus SCSI avec sa diversité de connecteurs et la complexité des règles de connexion, l'agriculture de câble USB est simple et élégante. Le câble USB contient une paire torsadée blindée avec une impédance de 90 ohm pour les circuits de signalisation et une non blindée pour l'alimentation (+5 V), une longueur de segment admissible - jusqu'à 5 m. Pour une vitesse basse peut être utilisée par le câble non blindé de l'Unite. à 3 m de long (c'est moins cher). Le câble USB et le système de connecteur ne permettent pas de se tromper lorsque les appareils sont connectés (Fig. 13.1, A et B). Pour reconnaître le connecteur USB sur le boîtier de l'appareil, une désignation symbolique standard est placée (Fig. 13,1, B). Les prises de type "A" ne sont installées que sur les ports aval de concentrateurs, les bouchons du type "A" - sur les cordons des périphériques ou des ports montantes des moyeux. Les prises et les bouchons du type "B" ne sont utilisés que pour les cordons déconnectés des périphériques et des ports en amont de concentrateurs (à partir de "petits" périphériques - souris, claviers, etc. Les câbles, en règle générale, ne sont pas déconnectés). Outre les connecteurs standard illustrés à la figure 19, des options miniatures sont également utilisées (Fig. 20, B, G, D). Les habs et les appareils fournissent la capacité de la connexion «chaude» et de l'arrêt. Pour cela, les connecteurs fournissent une connexion antérieure et la déconnexion ultérieure des circuits d'alimentation par rapport au signal, en outre, la connexion et le protocole d'alarme de périphérique désactivent. L'affectation des conclusions des connecteurs USB est donnée dans le tableau. 9, la numérotation des contacts est illustrée à la Fig. 20. Tous les câbles USB "droits" - les chaînes de connecteurs sont connectées en eux.

Figure. 19. Connecteurs USB: Type de type "A", type B - Type "B", Désignation symbolique

Figure. 20. Prises USB: A - Type "A", B - type "B" standard, in, g, d - type miniature "B"

Tableau 9. Affectation du connecteur du connecteur USB

Le pneu utilise une méthode différentielle pour transmettre des signaux D + et D- à deux fils. La vitesse de l'appareil connecté à un port spécifique est déterminée par un concentrateur le long des niveaux de signal sur les lignes D + et D- déplacées par des résistances de charge d'émetteurs-récepteurs: des dispositifs à basse vitesse "serrer" à un niveau élevé de ligne D-ligne, avec complet - D +. Connexion du périphérique HS est déterminé à la phase d'échange d'informations de configuration - physiquement à la première fois que la SH doit être connectée sous forme de fs. La transmission sur deux fils en USB ne se limite pas aux signaux différentiels. Outre le récepteur différentiel, chaque appareil présente des récepteurs linéaires de signaux D + et de D-, et ces émetteurs de lignes sont gérés individuellement. Cela vous permet de distinguer plus de deux statuts de la ligne utilisées pour organiser une interface matérielle.

L'introduction de la vitesse élevée (480 Mbps - seulement 2 fois plus lente que Gigabit Ethernet) nécessite une coordination minutieuse des lignes d'émetteur-récepteur et de communication. À cette vitesse, seul un câble avec une paire torsadée blindée pour les lignes de signalisation peut fonctionner. Pour une vitesse élevée, le matériel USB doit avoir des émetteurs-récepteurs spéciaux supplémentaires. Contrairement aux générateurs potentiels des modes FS et LS, les émetteurs HS sont des sources de courant axées sur la présence de résistances de terminaison sur les deux lignes de signal.

Le taux de transfert de données (LS, FS ou HS) est sélectionné par le développeur périphérique conformément aux besoins de cet appareil. La mise en oeuvre de vitesses à faible vitesse pour le dispositif est quelque peu moins cher (les émetteurs-récepteurs sont plus faciles et le câble LS peut être à la fois une paire invasive non blindée). Si dans le "ancien" périphérique USB, sans réfléchir, connectez-vous à un port libre de n'importe quel hub, puis en USB 2.0 en présence de dispositifs et de concentrateurs de différentes versions apparaissait les possibilités de choisir entre des configurations optimales, non optimales et inutilisables.

USB 1.1 Hubs sont tenus de maintenir des vitesses FS et LS, la vitesse de l'appareil connecté au hub est déterminée automatiquement par la différence de potentiel des lignes de signal. USB HABS 1.1 Lorsque la transmission de paquets est simplement des répéteurs fournissant un couplage transparent du dispositif périphérique avec le contrôleur. Les transmissions à basse vitesse sont assez gaspillées par la largeur de bande potentielle: pendant le temps qu'ils occupent un pneu, un dispositif à grande vitesse peut transmettre des données 8 fois plus. Mais pour la simplification et la triche de l'ensemble du système, ces sacrifices sont allés et le planificateur des plans de transaction du contrôleur hôte suit la distribution de la bande entre différents appareils.

Dans la spécification 2.0, la vitesse de 480 Mbit / s doit être prise de la même manière, mais avec ce rapport de taux, les échanges pour FS et LS «mangeront» une passion de bande passante du pneu sans aucun "plaisir" (pour l'utilisateur) . Cela ne se produit pas, les hubs USB 2.0 acquièrent les caractéristiques des commutateurs de paquets. Si un dispositif à grande vitesse (ou un concentrateur similaire) est connecté au port d'un tel hub, le concentrateur fonctionne dans le mode répéteur et la transaction avec le dispositif sur HS prend tout le canal au contrôleur hôte à tout moment. Si un périphérique ou un concentrateur 1.1 est connecté au port hub USB 2.0, puis par partie du canal sur le contrôleur, le paquet passe à la vitesse HS, est rappelé dans le tampon de moyeu et l'ancien appareil ou Huba est déjà sur son vitesse "natif" fs ou ls. Dans ce cas, les fonctions du contrôleur et d'un moyeu 2.0 (y compris la racine) sont compliquées, car les transactions sur FS et LS sont divisées et des transactions à grande vitesse sont divisées entre leurs pièces. De anciens (1.1) dispositifs et concentrateurs, toutes ces subtilités sont cachées, ce qui fournit une compatibilité ascendante. Il est clair que le périphérique USB 2.0 sera capable de mettre en œuvre une vitesse élevée, uniquement si sur le chemin de l'entretien du contrôleur hôte (également 2.0), seuls les hubs 2.0 seront trouvés. Si cette règle est brisée entre elle et que le contrôleur 2.0 sera un ancien moyeu, la connexion ne peut être installée qu'en mode FS. Si un tel dispositif de vitesse et un logiciel client satisfait (par exemple, pour l'imprimante et le scanner, il ne sera décrit qu'au temps d'attente de l'utilisateur plus long), le périphérique connecté fonctionnera, mais un message sur la configuration non optimale des connexions sera apparaître. Si possible, il (configuration) doit être corrigé, le bénéfice de la commutation des câbles USB peut être effectué en cours. Les appareils et les logiciels, essentiels à la bande passante du bus, dans la mauvaise configuration seront refusés et nécessitent catégoriquement une commutation. Si le contrôleur hôte est ancien, tous les avantages de USB 2.0 seront inaccessibles à l'utilisateur. Dans ce cas, vous devrez changer le contrôleur hôte (changer la carte mère ou acquérir un contrôleur de carte PCI). Le contrôleur et les hubs USB 2.0 vous permettent d'améliorer la bande passante totale du pneu et des anciens appareils. Si les périphériques FS se connectent à divers ports Hub USB 2.0 (y compris la racine), la largeur de bande totale du bus USB augmentera par rapport à 12 Mbps autant de fois que des ports de moyeu à grande vitesse sont utilisés.

Hub est un élément clé du système PNP dans l'architecture USB. Hub effectue de nombreuses fonctions:

fournit une connexion physique des appareils,

former et perçu

signaux conformément à la spécification des pneus sur

chacun de ses ports;

contrôle la tension d'alimentation sur

ports en aval et l'installation d'une limitation de courant consommée par chaque port;

suit l'état des appareils qui y sont liés,

notifier l'hôte sur les changements;

détecte les bugs dans le bus, effectue des procédures

restauration et isolats segments de pneu défectueux;

fournit la connexion de segments de pneu fonctionnant sur

différentes vitesses.

Le hub surveille les signaux générés par des appareils. Un appareil défectueux ne doit pas "faire taire" (activité de perte) ou, au contraire, quelque chose de "bulle" (babillage). Ces situations surveille l'habillage le plus proche de l'appareil et fourniront des transferts ascendants d'un tel dispositif au plus tard au niveau de la frontière (micro). Grâce à la vigilance des moyeux, ces situations ne permettront pas à un appareil défectueux de bloquer tout le bus.

Chacun des ports en aval peut être autorisé ou interdit, et est également configuré au métabolisme élevé, complet ou limité. Les moyeux peuvent avoir des indicateurs de lumière des ports en aval, contrôlés automatiquement (hub logique) ou logiciel (contrôleur hôte). L'indicateur peut être une paire de DEL - vert et jaune (ambre) ou une LED avec une couleur variable. L'état du port est comme suit:

ne brille pas - le port n'est pas utilisé;
vert - fonctionnement normal;
jaune - erreur;
vert clignotant - le programme nécessite une attention particulière

utilisateur (attention du logiciel);

jaune clignotant - instrument nécessite une attention

utilisateur (attention matérielle).

Ascendance (en amont) Le port de moyeu est configuré et apparu de l'extérieur à la vitesse totale ou à grande vitesse (pour USB 2.0 uniquement). Lors de la connexion du port Hub USB 2.0 fournit une terminaison selon le schéma FS, elle est traduite uniquement dans le mode HS uniquement par la commande du contrôleur.

En figue. 13.3 Une variante des dispositifs de connexion et des concentrateurs est donnée, où le périphérique USB 2.0 haute vitesse n'est qu'un flux vidéo transmettant de télécaleur sans compression. Connexion d'une imprimante et d'un scanner USB 1.1 pour séparer les ports HABA 2.0, et même l'échange d'entre eux avec des périphériques audio, leur permet d'utiliser une bande de pneus de 12 Mbps / chacune. Ainsi, à partir de la bande totale de 480 Mbps sur les "anciens" appareils (USB 1.0), 3x12 \u003d 36 Mbps est libéré. En fait, il est possible de parler d'une bande de 48 Mbit / s, puisque le clavier et la souris sont connectés à un port séparé du contrôleur hôte USB 2.0, mais ces appareils sont "grillage" uniquement un petit produit à partir de 12 Mbps en surbrillance. Bien sûr, vous pouvez connecter le clavier et la souris au port d'un concentrateur externe, mais du point de vue de l'augmentation de la fiabilité, les périphériques d'entrée du système sont préférables de connecter le plus court (par le nombre de câbles, de connecteurs et intermédiaires appareils) par la méthode. La configuration infructueuse serait de connecter l'imprimante (scanner) au concentrateur USB 1.1 - pendant que vous travaillez avec des périphériques audio (s'ils sont de haute qualité), la vitesse d'impression (numérisation) tombera. Une configuration inutilisable connecterait la caméra au port du moyeu USB 1.1.

Lors de la planification des connexions, il est nécessaire de prendre en compte la méthode de nutrition des périphériques: les périphériques qui mangent à partir du pneu, en règle générale, sont connectés à l'alimentation des hubs du réseau. Seuls les dispositifs à faible consommation sont connectés aux concentrateurs alimentés à partir du pneu, de sorte que le clavier USB contenant un moyeu en soi, la souris USB et d'autres indicateurs (trackball, tablette) sont connectés.

La gestion de l'énergie est une fonction USB très développée. Pour les appareils qui se nourrissent sur le pneumatique, la puissance est limitée. Tout appareil lorsque connecté ne doit pas consommer un courant d'un bus dépassant 100 mA. Le courant de travail (pas plus de 500 mA) est déclaré dans la configuration. Si un hub ne peut pas fournir au périphérique un courant réclamé, il n'est pas configuré et ne peut donc pas être utilisé.

L'USB doit conserver le mode de suspension (mode suspendu), dans lequel son courant consommé ne dépasse pas 500 μA. L'appareil doit être automatiquement suspendu lorsque l'activité de bus est terminée.

Figure. 21. Exemple de configuration de connexion

Remote WakeUp permet au dispositif suspendu de produire un ordinateur hôte pouvant également être en état de suspension. La possibilité d'éveil à distance est décrite dans la configuration du périphérique. Lors de la configuration, cette fonctionnalité peut être interdite.

Bus USB (Bus de série universel - Un pneu séquentiel universel) est apparu sur des normes informatiques pendant une longue période - la version de la première version approuvée de la norme est apparue le 15 janvier 1996. Le développement de la norme initia des entreprises très autoritaires - Intel, Dec, IBM, NEC, Northen Telecom et Compaq.

Les caractéristiques USB suivent de ses caractéristiques techniques: taux de change élevé (taux de bits de signalisation complet) - 12 Mbps; Longueur maximale du câble pour le métabolisme élevé - 5 m; Taux de change faible (taux de bits à faible signalisation) - 1,5 Mbps; Longueur maximale du câble pour un métabolisme faible - 3 m; Nombre maximum de périphériques connectés (y compris multiplie) - 127; Il est possible de connecter des périphériques avec différents taux de change; Tension d'alimentation pour appareils périphériques - 5 V; Courant de consommation maximum sur un périphérique - 500 mA (cela ne signifie pas que via USB peut être des dispositifs alimentés avec un courant de consommation total 127 '500 mA \u003d 63,5 a)

La topologie USB n'est pratiquement pas différente de la topologie du réseau local habituel sur une paire torsadée, communément appelée "étoile". Même la terminologie est similaire - les multiplicateurs de pneus sont également appelés hub.

Conditionnellement, le périphérique USB des dispositifs à l'ordinateur peut être représenté (voir Fig. 5.22) (les numéros sont indiqués par les périphériques avec l'interface USB):

Au lieu de l'un des appareils, le moyeu peut également se tenir debout. La principale différence de la topologie du réseau local habituel est un ordinateur (ou un périphérique hôte) ne peut être qu'un. Le moyeu peut être à la fois un appareil séparé avec son propre alimentation et son dispositif périphérique intégré. Le plus souvent, les hub sont intégrés dans des moniteurs et des claviers.

Les signaux USB sont transmis sur un câble à 4 fils montré schématiquement à la Fig. 5.22:

Figure. 5.22. Transfert de signal de câble USB

Ici GND est la chaîne "logement" pour l'alimentation des dispositifs périphériques, VBUS - +5 V aussi pour les circuits d'alimentation. Le bus D + est conçu pour transférer des données sur le bus et le bus D est destiné à la réception de données. Le câble pour supporter la vitesse de pneu complète (à la vitesse complète) est effectué sous forme de paire torsadée, protégée par l'écran et peut également être utilisée pour fonctionner en mode de vitesse minimum (basse vitesse). Le câble de fonctionnement uniquement à la vitesse minimale (par exemple, pour connecter la souris) peut être n'importe lequel et non blindé.

En 1999, le même consortium de sociétés informatiques, qui a lancé le développement de la première version de la norme sur le bus USB, a commencé à développer activement la version 2.0 USB, caractérisée par le fait que la bande passante du bus est augmentée 20 fois jusqu'à 250 Mbps, ce qui permet de transmettre des données vidéo par USB et le rend direct compétiteur IEEE-1394 (Firewire). La compatibilité de tous les périphériques précédemment libérés et des câbles à grande vitesse est entièrement maintenue et l'un des avantages les plus importants de USB est préservé - le faible coût du contrôleur.

Pneu séquentiel universel

Connecteur Mini-B ECN: Notification délivrée en octobre 2000.
Errata depuis décembre 2000: Notification délivrée en décembre 2000.
Résistances Thin Up / Pull-Down ECN
Errata depuis mai 2002: Notification délivrée en mai 2002.
Associations d'interface ECN.: Notification délivrée en mai 2003.
- De nouvelles normes ont été ajoutées pour associer plusieurs interfaces avec une fonction de périphérique.
Chanfrein arrondi ECN.: Notification délivrée en octobre 2003.
Unicode ECN.: Notification délivrée en février 2005.
- Cet ECN spécifie que les chaînes sont codées à l'aide de UTF-16LE.
Supplément USB inter-puces: Notification délivrée en mars 2006.
Supplément sur le point 1.3: Notification émise en décembre 2006.
- Le USB On-the-Go permet de connecter deux périphériques USB les uns avec les autres sans un hôte USB séparé. En pratique, l'un des appareils joue le rôle de l'hôte pour un autre.

USB OTG.

USB 3.0.

USB 3.0 est aux dernières étapes du développement. Création de sociétés USB 3.0 est engagée dans des entreprises: Microsoft, Texas Instruments, Semiconducteurs NXP. Dans les spécifications USB 3.0, les connexions et les câbles de la norme mise à jour seront compatibles physiquement et fonctionnellement compatibles avec USB 2.0. Le câble USB 2.0 contient quatre lignes - une paire pour recevoir / transfert de données, une - pour la puissance et une autre - pour la mise à la terre. En plus d'eux, USB 3.0 ajoute cinq nouvelles lignes (à la suite de laquelle le câble est devenu beaucoup plus épais), mais de nouveaux contacts sont situés en parallèle à l'égard de l'ancienne rangée de contact. Maintenant, vous pouvez facilement déterminer le câble appartenant à une version particulière de la norme, en regardant simplement son connecteur. La spécification USB 3.0 augmente le taux de transfert d'informations maximum à 4,8 Gbps - qui est un ordre de grandeur plus de 480 Mbps, qui peut fournir USB 2.0. USB 3.0 dispose non seulement d'un taux de transmission de l'information plus élevé, mais également de la puissance actuelle de 500 mA à 900 mA. À partir de maintenant, l'utilisateur sera capable non seulement de se nourrir d'un hub un nombre beaucoup plus important de périphériques, mais également du matériel lui-même, précédemment fourni avec des alimentations séparées, se débarrassera d'eux.

Ici, GND est la chaîne "cas" pour les dispositifs périphériques d'alimentation, VBUS - +5 V, ainsi que pour le circuit d'alimentation. Les données sont transmises par fil D + et D D + et D-D-différentiel (États 0 et 1 (dans la terminologie de la documentation officielle diff0 et diff1, respectivement) sont déterminées par la différence de potentiel entre les lignes de plus de 0,2 V et sous la condition que sur l'une des lignes (dans le cas de diff0 et d + avec diff1) le potentiel par rapport au GND supérieur à 2,8 V. Le procédé de transmission différentielle est le principal, mais pas le seul (par exemple, lorsqu'il est initialisé, le dispositif rapporte l'hôte du mode pris en charge par le périphérique (à la vitesse totale ou à basse vitesse), tirant l'une des données de lignes sur V_BUS via une résistance de 1,5 COM (D- pour le mode basse vitesse et D + pour le plein. Mode de vitesse, les périphériques fonctionnant en mode haute vitesse, se comportent à ce stade en tant que périphérique en mode complet). Parfois autour de fils, il y a une enroulement fibreuse pour protéger contre les dommages physiques.

Connecteur USB 3.0 Type B

Connecteur USB 3.0 Type A

Câbles et connecteurs USB 3.0

Inconvénients USB

Bien que la bande passante PIC de USB 2.0 soit de 480 Mbps (60 Mo / s), dans la pratique, fournit une bande passante proche du pic, ne peut pas être disponible. Ceci est expliqué par des retards de bus USB assez importants entre la demande de transfert de données et la transmission réelle elle-même. Par exemple, le pneu Firewire, bien qu'il ait une bande passante de pointe inférieure de 400 Mbps, soit de 80 Mbps de moins que celle de USB 2.0, en réalité vous permet de fournir une plus grande bande passante pour échanger des données avec des disques durs et d'autres périphériques de stockage d'informations.

USB et FireWire / 1394

Protocole de stockage USB, qui est une méthode de transfert de commande

De plus, le stockage USB n'a pas été pris en charge dans l'ancien système d'exploitation (Windows 98 initiale) et nécessitait l'installation du pilote. SBP-2 a été soutenu en eux. Également dans l'ancien OS (Windows 2000), le protocole de stockage USB a été mis en œuvre sous une forme coupée qui ne permet pas d'utiliser la fonction de gravure de disque CD / DVD sur un lecteur USB connecté, SBP-2 n'a jamais eu de telles restrictions.

Le bus USB est strictement orienté, car la connexion de 2 ordinateurs ou de 2 périphériques nécessite des équipements supplémentaires. Certains fabricants prennent en charge la connexion de l'imprimante et du scanner, ou de l'appareil photo et de l'imprimante, mais ces implémentations sont fortement liées à un fabricant particulier et ne sont pas normalisées. Le bus 1394 / Firewire n'est pas soumis à ce manque (vous pouvez connecter 2 caméscopes).

Cependant, en raison de la politique sous licence d'Apple, ainsi qu'une complexité beaucoup plus élevée de l'équipement, 1394 est moins courante, les cartes mères des anciens ordinateurs n'ont pas de contrôleur de 1394. Quant à la périphérie, le support 1394 ne trouve généralement rien, à l'exception des caméras vidéo et des boîtiers pour les disques durs externes et les lecteurs de CD / DVD.

voir également

Firewire.
Transferjet.

Sources

Liens

Nouvelles USB (IT.)
Liste des identifiants USB (fournisseurs, périphériques et interfaces) (fre.)

Les pneus PCI et PCI Express conviennent à la connexion de périphériques à haute vitesse, mais utilisez l'interface PCI pour des périphériques d'E / S à basse vitesse (par exemple, des souris et du clavier) inefficalement.

De plus, des emplacements ISA- et PCI gratuits ont été utilisés pour ajouter de nouveaux périphériques, qui ont inséré des contrôleurs UVV.

Dans le même temps, l'utilisateur doit installer les commutateurs et les cavaliers, puis l'unité système doit s'ouvrir, insérer la carte, fermer l'unité système et allumer l'ordinateur.

Pour beaucoup, ce processus est très complexe et conduit souvent à des erreurs. De plus, le nombre d'emplacements ISA et PCI est très petit (généralement deux ou trois).

En 1993, des représentants de sept sociétés (Compaq, DecC, IBM, Intel, Microsoft, NEC et Nothern Telecom) ont mis au point un pneu qui convient de manière optimale pour la connexion de périphériques à basse vitesse.

Le résultat de leur travail est devenu un pneu USBBus universel en série - pneu séquentiel universel)satisfaire les exigences suivantes:

les utilisateurs ne doivent pas nécessairement installer des commutateurs et des cavaliers sur des planches et des appareils;
les utilisateurs ne doivent pas ouvrir un ordinateur pour définir de nouveaux périphériques d'E / S;
il ne doit y avoir qu'un seul type de câble adapté à la connexion de tous les appareils;
les périphériques d'E / S doivent être alimentés par le câble;
il devrait être possible de se connecter à un ordinateur à 127 périphériques;
le système doit prendre en charge les périphériques en temps réel (par exemple,
appareils sonores, téléphone);
il doit y avoir la possibilité d'installer des appareils pendant le fonctionnement de l'ordinateur;
il ne doit pas y avoir de besoin de redémarrer l'ordinateur après l'installation d'un nouveau périphérique;
la production des nouveaux périphériques de bus et d'E / S ne doit pas nécessiter des coûts élevés.

La largeur de bande totale de la première version du pneu (USB 1.0) est de 12 Mbps.

La version 2.0 fonctionne à une vitesse de 480 Mbps suffisamment suffisamment pour les imprimantes, les caméras numériques et de nombreux autres appareils. La limite a été sélectionnée afin de réduire le coût des pics.

La version USB 3.0 augmente le taux de transfert d'informations maximum jusqu'à 5 Gbps - qui est un ordre de grandeur plus USB 2.0 (480 Mbps). Une telle image, le taux de transfert augmente avec 60 Mo / s à 600 Mo / s

Le bus USB se compose de racine huba(Concentrateur racine), qui est inséré dans le connecteur de bus principal (voir, figure 3.49). Ce moyeu racinaire (fréquemment appelé hub racinaire) contient des connecteurs pour câbles pouvant être connectés à des périphériques d'entrée-sortie ou à des hubs supplémentaires pour augmenter le nombre de connecteurs.

Ainsi, la topologie de pneus USB est un arbre avec une racine dans le concentrateur racine, qui se trouve à l'intérieur de l'ordinateur.

Les connecteurs (connecteurs) du périphérique à partir du périphérique diffèrent des connecteurs de moyeu afin que l'utilisateur connaisse accidentellement le câble de l'autre côté.

Le câble est composé de quatre fils: deux d'entre elles sont destinées à la transmission de données, une - pour la puissance (+5 C) et une - pour la Terre. Le système transmet 0 avec un changement de tension et 1 - absence de changement de tension "par conséquent, la séquence longue des bits zéro génère le flux d'impulsions régulières.

Lorsqu'un nouveau périphérique d'E / S est connecté, le hub racine détecte ce fait et interrompt le fonctionnement du système d'exploitation.

Ensuite, le système d'exploitation demande un nouveau périphérique "Découvrant ce qu'il représente et quelle bande passante de bus est requise pour cela.

Si le système d'exploitation décide que le périphérique de bande passante suffit, il lui attribue une adresse unique (1-127) et télécharge cette adresse et d'autres informations dans des registres de configuration à l'intérieur du périphérique.

Ainsi, les nouveaux appareils peuvent être connectés * SHA Fly », tandis que l'utilisateur n'a pas besoin d'installer de nouvelles cartes ISA ou PCI.

Des cartes non initialisées commencent par des adresses 0, vous pouvez donc les contacter. De nombreux appareils sont équipés de concentrateurs réseau intégrés pour des périphériques supplémentaires. Par exemple, le moniteur peut contenir deux concentrateurs pour les colonnes droite et gauche.

Les pointes USB sont une série de canaux entre la table de cuisson racine et les périphériques d'E / S. Chaque appareil peut diviser son canal sur un maximum de 16 sous-canaux pour différents types de données (par exemple, audio et vidéo).

Dans chaque canal ou sous-canal, les données sont déplacées du concentrateur racine sur le périphérique et le dos entre deux périphériques d'E / S ne se produisent pas.

Exactement à travers chaque milliseconde (± 0,05 ms) Le concentrateur racine transmet un nouveau cadre pour synchroniser tous les périphériques à temps. Le cadre est constitué de packages, dont le premier est transmis à partir du moyeu à l'appareil. Les paquets de cadre suivants peuvent être transmis dans la même direction et peuvent tous les deux dans le contraire (de l'appareil au moyeu). En figue. 3.55 montre quatre cadres consécutifs.

En 1998, une version USB haute vitesse a été créée, appelée USB 2.0. Cette norme est largement similaire à USB 1A et compatible avec elle, cependant, une nouvelle - 480 Mo / s est ajoutée aux deux anciennes vitesses.

3 organisation de mémoire dans l'ordinateur

3.1 Organisation hiérarchique de la mémoire et le principe des liens de localité

Mémoire - un ensemble d'appareils qui servent à recevoir, stocker et émettre des données sur un processeur central ou un environnement informatique externe. Les opérations de mémoire de base enregistrent et lisent.

Dans les systèmes informatiques, la mémoire est l'une des composantes principales qui définissent à la fois la vitesse et la fonctionnalité de l'ensemble du système.

L'organisation de la mémoire est complexe et repose sur un principe hiérarchique. L'idée principale de la hiérarchie de la mémoire est de faire correspondre la vitesse des périphériques opérationnels, principalement un processeur, avec des périphériques de stockage.

L'organisation hiérarchique de la mémoire a l'apparence présentée à la Fig. 3.1, où les plages des valeurs de la capacité et de la performance des dispositifs de mémoire pour ordinateurs modernes sont affichées.

P et s. 3.1. Organisation hiérarchique de la mémoire

La RAM est un périphérique de stockage opérationnel;

La ROM est un périphérique de stockage constant;

CD / DVD - Drive sur des disques optiques;

HDD (lecteur de disque dur) - Dispositif de stockage sur un disque magnétique dur;

SSD (lecteur d'état solide) - lecteur sur un disque "solide"

En figue. 3.1 On peut voir qu'à des niveaux plus élevés de la hiérarchie, il existe des appareils avec une capacité de mémoire plus petite, mais avec une plus grande vitesse.

Enregistrer la mémoire ou le fichier de registre est fabriqué dans un cristal de processeur le long de la même technologie et a la même vitesse que les éléments de fonctionnement du processeur.

La mémoire de cache du premier niveau est également effectuée à l'intérieur du processeur, ce qui permet de faire référence à des commandes et des données avec la fréquence d'horloge du processeur.

Dans de nombreux modèles, les processeurs de cache de deuxième niveau sont intégrés au noyau de processeur.

La mémoire de cache de troisième niveau est effectuée en tant que microcircuit séparé à grande vitesse ou dans le processeur, comme dans l'architecture NEHALEM.

L'efficacité de l'organisation hiérarchique est liée au principe le plus important de la localité des références ou du principe de localité sur la manipulation.

Lorsque vous remplissez la plupart des programmes, il a été noté que l'adresse de la commande suivante sera située directement à l'adresse de la commande exécutable ou non loin de celle-ci.

Dans le même temps, avec une probabilité très élevée, les données utilisées par ces commandes sont généralement structurées et sont situées dans des cellules de mémoire consécutives.

De plus, les programmes contiennent de nombreux petits cycles et sous-producteurs répétés répétés lors de l'intervalle de temps.

En figue. 3.2 Affiche les deux sections du programme et la zone de données correspondante.

P et s. 3.2. Emplacement du programme et des données en mémoire et la localité des liens

Ce phénomène s'appelle la localité des références ou de la localité sur la manipulation. Il est connu une règle «90/10» - c'est-à-dire que 90% du temps de fonctionnement du programme est associé à l'appel à 10% de l'espace d'adressage de ce programme.

3.2 Interaction du processeur et divers niveaux de mémoire

Les niveaux de hiérarchie de la mémoire sont interconnectés: toutes les données à un niveau peuvent également être trouvées à un niveau inférieur et toutes les données à ce niveau inférieur se trouvent au niveau sous-jacent suivant et ainsi de suite.

À chaque moment de temps, il y a un échange avec deux niveaux à proximité. L'unité minimale d'informations pouvant être présentes ou absente dans la hiérarchie à deux niveaux est appelée bloc.

La taille du bloc peut être fixe ou variable. Si cette taille est corrigée, la quantité de mémoire est une taille de bloc multiple.

Un attrait réussi ou infructueux à un niveau supérieur est appelé respectivement (frappé) ou miss (Miss).

Frappé - faire appel à un objet dans la mémoire qui se trouve à un niveau supérieur alors que promot signifie que cela ne se trouve pas à ce niveau.

La proportion du coup ou du coefficient de hits est la part des appels trouvés à un niveau supérieur.

La proportion de misses est la proportion d'appels introuvables à un niveau supérieur.

Pertes Promach - Il est temps de remplacer le bloc à un niveau supérieur à un bloc de niveau inférieur et de temps pour transférer cette unité sur le périphérique souhaité (généralement dans le processeur).

Les pertes sur la corbeille incluent deux composantes: l'heure d'accès est l'heure d'appel au premier mot du bloc pendant la manche et le temps de transfert est un temps supplémentaire pour transférer les mots de bloc restants.

L'heure d'accès est associée à un délai de mémoire de niveau inférieur, tandis que le temps d'expédition est associé à une largeur de bande de canal entre deux dispositifs de mémoire adjacents.

L'initiateur de l'appel de la mémoire est presque toujours un processeur. Exception - Mode d'accès à la mémoire directe Lorsque le processus de transfert de fichiers entre op et la mémoire externe est organisé via le bus correspondant, en contournant le processeur.

Dans le processus d'exécution du programme, le processeur traite chaque commande et détermine l'adresse de l'exécutif d'un opérande PC.

Dans ce cas, le processeur "ne sait pas" à quel niveau de mémoire est cette adresse exécutive, appelait donc à l'OP.

Nous examinerons l'organisation des données.

· Dans la mémoire du registre, les données sont écrites par des blocs sous forme de mots 16, 32, 64 et 128 bit.

· Bloc de mémoire cache est une chaîne de 16, 32 ou 64 octet. À la page 4 - 8 pages les plus courantes sont utilisées. Kb.

· Sur des disques durs, les blocs sont des secteurs 512 octets. En règle générale, la taille de la page est la longueur de Karaten du secteur vinchésien.

Si le système a la mémoire cache, le contrôleur de cache vérifie si le cache contient l'adresse demandée AC. S'il y a des données avec une telle adresse, le bloc avec ces données est lu dans le cache au processeur et l'appel à l'OP est bloqué.

S'il n'y a pas de données dans le cache avec l'adresse AP, le bloc souhaité est recherché dans la RAM, puis chargé dans la mémoire cache et est simultanément transmis au processeur.

De même, lors de l'accès à la mémoire principale lorsque le bloc de données est entré dans le processeur. Lorsque des erreurs, les données sont chargées d'un disque rigide ou optique dans l'OP.

Lors de l'accès à la mémoire d'archive, le bloc de données, c'est-à-dire que le disque souhaité est automatiquement transmis du stockage et installé dans le lecteur d'ordinateur.

3.3 Mémoire d'adresses

Dans le périphérique de stockage d'adresses (mémoire), chaque élément de mémoire est une cellule, a une adresse indiquant son emplacement dans l'espace d'adressage.

Recherchez des informations est effectuée par numéro (adresse) des données stockées de cellule de stockage.

Une combinaison de n cellules de stockage forme une matrice de stockage ZM.

Pour l'emplacement compact des cellules de stockage et simplifiez l'accès, le ZM est organisé en cube tridimensionnel.

Il a deux coordonnées d'adresse a 1 et A 2, et sur la troisième coordonnée, il y a

mots n-décharges.

Si l'adresse provenant du Shar a un peu à, Il est divisé en deux composants par k / 2 bits d'adresse:

M \u003d 2 K / 2 x 2 K / 2 \u003d 2 K.

Dans ce cas, au lieu d'un DSH avec des sorties M, deux décodeurs avec des sorties de 2 k / 2 sont utilisées, ce qui simplifie grandement la mise en œuvre du circuit.

En figue. 3.3. Le diagramme de bloc du dispositif de stockage d'adresse est affiché.

La matrice de stockage ZM a deux coordonnées: rangées et colonnes. Unité de commande (BU) gère les dispositifs de mémoire, recevant des signaux extérieurs: RAS, CAS, CE, WE et OE.

Le signal de sélection du microcircuit CE permet le fonctionnement de ce microcircuit de mémoire.

Le mode de lecture ou d'écriture est déterminé par le signal We. Pour tout le temps, tandis que la puce n'utilise pas le bus SHD de données, les sorties d'informations des registres sont traduites par le signal OE dans le troisième état avec une résistance élevée de sortie.

L'adresse de la chaîne sur le bus Shine est accompagnée d'un signal RAS permettant l'adresse et son décryptage. Après cela, le signal CAS permet la réception et le déchiffrement de l'adresse de la colonne.

Chaque colonne a une deuxième ligne de lecture / écriture - pour les données. Ces lignes de la Fig. 3.3 montré par ligne pointillée.

Les opérations de mémoire sont gérées par le contrôleur de mémoire. Chaque opération est requise au moins cinq horloges.

Spécification du type d'opération (lecture ou écriture) et définir l'adresse de la chaîne.

La formation du signal RAS.

Définition de l'adresse de la colonne.

Formation du signal CAS.

Enregistrer ou émettre des données et renvoyer des signaux RAS et CAS dans l'état inactif.

P et s. 3.3. Dispositif de stockage d'adresse

ZM - matrice commémorative;

Signal de porte RAS - Row Row (adresse de rangée Strobe);

Signal de porte de colonne CAS (Strobe d'adresse de colonne);

Nous - écrire une activation (Activer en écriture);

OE - Résolution des signaux de sortie (activation de la sortie);

CS - Chip Sélectionner une puce

Latence de la mémoire et horaires

En latence, ils comprennent le retard entre l'arrivée de la Commission en mémoire et sa mise en œuvre. La mémoire ne peut pas passer instantanément passer d'un état à un autre. Pour une opération de mémoire stable, vous avez besoin d'une passe de plusieurs cycles lors de la modification de l'état de la cellule mémoire.

Par exemple, après avoir exécuté la commande de lecture, le délai CAS (CAS LATENCE) doit suivre. C'est la latence (CL) - la caractéristique de la mémoire la plus importante.

De toute évidence, plus la latence est petite, plus la mémoire est plus rapide.

La latence de la mémoire est déterminée par ses horaires, c'est-à-dire des retards mesurés dans le nombre d'horloges entre les commandes individuelles.

Il existe plusieurs types de timings de mémoire.

Cl: Latence CAS - Le temps passant du moment de nourrir la commande à la mémoire avant le début de la réponse à cette demande. Cette fois-ci qui passe entre la demande de processeur pour recevoir certaines données de la mémoire et le moment de l'émission de ces données à la mémoire.

RAS-TO-CAS (TRCD): RAS Délai de CAS - Le temps qui doit passer du moment de référence à la chaîne matricielle (RAS), jusqu'à ce que la colonne matricielle appelle sa colonne (CAS), afin de prélever des données dans que les données nécessaires sont stockées.

Ras Precharge (TRP) - Intervalle de temps entre la fermeture de l'accès à une ligne et le début de l'accès à une autre chaîne de données.

Actif au temps de précharge ou de cycle (TRAS) - une pause qui a besoin de mémoire pour revenir à l'état d'attente de la requête suivante.

CMD: Taux de commande (Taux de commande) - Durée du moment de l'activation de la puce de mémoire jusqu'à ce que la première commande puisse y faire appel. Ceci est généralement T1 (un cycle d'horloge) ou T2 (deux cycles d'horloge).

La capacité de la mémoire augmente rapidement et sa latence n'est pratiquement pas améliorée.

Dans certains nouveaux types de mémoire avec une plus grande bande passante, la latence s'avère être supérieure à celle des implémentations précédentes.

Au cours des 25 dernières années, la latence de la RAM n'a diminué que trois fois. Dans le même temps, la fréquence d'horloge des processeurs a augmenté de centaines de fois.

3.4 Mémoire associative

Le concept de "association" fait référence avant tout à la mémoire dans laquelle l'échantillon est effectué non sur le principe de l'adresse, mais par contenu.

La mémoire associative utilise des données d'enregistrement et de lecture de manière à fournir un échantillon de mots ayant une teneur donnée de certains champs.

La recherche est effectuée à l'aide de signes associatifs. La structure d'une telle mémoire est présentée à la Fig. 3.4.

P et s. 3.4. Mémoire associative

ZM - matrice commémorative;

Signe SP - pneu;

SHD - bus de données

Memory stocke des cellules M pour les mots M + 1-montrés ayant des signes.

Service M + 1ère Décharge Affiche: "0" - une cellule est gratuite pour l'enregistrement "1" - la cellule est occupée. Les valeurs de la fonctionnalité associative sont formées par le registre du masque des caractéristiques des signes provenant du pneu de SPP dans le registre des signes associatifs.

La recherche d'une matrice de stockage est effectuée en une horloge simultanément dans les champs de signes associatifs de tous les mots stockés.

Ceci est une caractéristique distincte de dispositifs de mémoire associative.

La mise en œuvre d'une telle recherche est réalisée par des systèmes de combinaison de coïncidence sur la base des éléments "Ajout du module 2".