Uzastopni univerzalni USB autobus (univerzalni serijski autobus). Univerzalna serijska guma serijska prijenosa podataka o prijenosu gume USB guma

USB sekvencijalni autobus (univerzalni serijski autobus je dulje vrijeme univerzalne sekvencijalne gume) računalne standarde - verzija prve odobrene verzije standarda pojavila se 15. siječnja 1996. godine. Razvoj standarda pokrenut je vrlo autoritativnim tvrtkama - Intel, Dec, IBM, NEC, NORTHEN TELECOM i COMPAQ.

Glavni cilj standardnog postavljanja prije njezinih programera je stvaranje stvarne sposobnosti za rad u načinu rada Plug & Play s perifernim uređajima. To znači da uređaj mora biti spojen na radno računalo, automatsko prepoznavanje odmah nakon povezivanja i naknadno instaliranje odgovarajućih upravljačkih programa. Osim toga, poželjno je napajanje nisko-snage uređaja za posluživanje iz samog gume. Brzina guma trebala bi biti dovoljna za nadmoćnu većinu perifernih uređaja. Usput, povijesni problem nedostatka resursa na interne gume IBM računala kompatibilan računalo je riješen - USB kontroler uzima samo jedan prekid bez obzira na broj uređaja povezanih s autobusom.

Mogućnosti serijskog USB autobusa slijede njegove tehničke karakteristike:

Brzina signalizacije brzine velike brzine - 12 MB / s

Maksimalna duljina kabela za visoki metabolizam - 5 m

Brzina niske izmjene (brzina niskog signalizacije) - 1,5 MB / s

Maksimalna duljina kabela za nizak metabolizam - 3 m

Maksimalni broj priključenih uređaja (uključujući multipant) je 127.

Moguće je povezati uređaje s različitim tečajevima

Nema potrebe instalirati dodatne elemente kao što su terminatori za SCSI

Napon napajanja za periferne uređaje - 5 v

Maksimalna struja potrošnje na jednom uređaju - 500 mA.

Stoga je poželjno spojiti na USB na gotovo sve periferne uređaje, osim digitalnih video kamera i visoke brzine tvrdih diskova. Dizajn priključaka za USB dizajniran je za višestruko zglobno / raskomadanje.

Sposobnost korištenja samo dvije brzine razmjene podataka ograničava korištenje gume, ali značajno smanjuje broj linija sučelja i pojednostavljuje implementaciju hardvera.

Snaga izravno iz USB-a moguća je samo za uređaje s niskom potrošnjom, kao što su tipkovnice, miševi, joysticks, itd

USB signali se prenose na kabel od 4 žice.

Kabel za potporu punoj brzini guma (puna brzina) izvodi se kao upleten par, zaštićen zaslonom i može se koristiti za rad u minimalnom brzinu (malog brzine). Kabel za rad samo na minimalnoj brzini (na primjer, za spajanje miša) može biti bilo koji i neoklonjen.

USB sustav podijeljen je na tri razine s određenim pravilima interakcije. USB uređaj sadrži dio sučelja, dio uređaja i funkcionalni dio. Domaćin je također podijeljen na tri dijela - sučelje, sustavno i uređaje. Svaki dio se sastaje samo za određeni raspon zadataka, logičke i stvarne interakcije između njih ilustrira sl. 69.

Struktura koja se razmatra uključuje sljedeće elemente:

USB fizički uređaj je uređaj u autobusu koji obavlja funkcije interesa za krajnjeg korisnika.

Klijent SW - softver koji odgovara određenom uređaju izvršenom na glavnom računalu. Može biti sastavni dio OS-a ili posebnog proizvoda.

USB sustav SW-USB podrška sustava, neovisno o određenim uređajima i klijentskom softveru.

USB host kontroler - hardver i softver za povezivanje USB uređaja na glavno računalo.

Sl. 69 Interakcija USB komponenti

Fizičko sučelje

Informacijski signali i napon napajanja 5V se prenose preko četverokutnog kabela. Koristi se diferencijalna metoda za prijenos signala D + i D-za dvije žice. Razine signala prijenosa u statičkom načinu treba biti ispod 0,3 V (nisko) ili iznad 2,8 V (visoka razina). Prijemnici su izdržati ulazni napon unutar - 0,5 ... + 3,8 V. Odašiljači trebaju biti u stanju prebaciti se na stanje high-impedance za dvosmjerni pola-duplex prijenos preko jednog para žica.

Prijenos preko dvije žice u USB nije ograničen na diferencijalne signale. Osim diferencijalnog prijemnika, svaki uređaj ima linearni prijemnik D + signala i D-, a odašiljači tih linija se upravlja pojedinačno. To vam omogućuje razlikovanje više od dva statusa linije koja se koristi za organiziranje hardverskog sučelja. Države diffo i diff1 određene su mogućnošću potencijalne razlike na Linije D + i D - više od 200 mV, pod uvjetom da je na jednom od njih, potencijal iznad praga VSE. Stanje u kojem na oba ulaza D + i D- je postoji niska razina, nazvana linearna nula (SEO - jedna-završena nula). Sučelje određuje sljedeće države:

DATAL države i podaci u državu - status prenesenog bita (ili jednostavno J i K) određuje se kroz status diffo i diff1.

Stanje praznog hoda - pauza u autobusu.

Nastavi stanje - "Buđenje" signala za izlaznog uređaja iz načina rada "Sleep".

Početak paketa (SOP) je početak paketa (prijelaz iz stanju mirovanja u K).

Kraj paketa (EOP) je kraj paketa.

Odvojite - uređaj je onemogućen iz priključka.

Spojite - uređaj je spojen na priključak.

Reset - Reset uređaj.

Države se određuju kombinacijama diferencijalnih i linearnih signala; Za potpune i male brzine diffo i diff1 stanja imaju suprotan zadatak. U dekodiranju stanja odspojivanja, spojite se i resetiraju, uzima se u obzir vrijeme pronalaženja linija (više od 2,5 ms) u određenim državama.

Guma ima dva načina prijenosa. Ukupna brzina prijenosa USB signala je 12 Mbps, niska - 1,5 Mbps. Za punu brzinu, oklopljeni upleteni par se koristi s impedancijom od 90 ohm i duljinu segmenta na 5 m, za kabel s niskim i tekstilom bez ikakte do 3 m.

Signali sinkronizacije kodirani su zajedno s NRZI metodom (ne povrat na nulu), njegov rad ilustrira sl. 72. Svaki paket prethodi polje sinkronizacije sinkronizacije koje omogućuje prijemniku za usklađivanje na frekvenciju odašiljača.

Kabel također ima VBUS i GND linije za prijenos napona napajanja 5 na uređaje. Presjek dirigent je odabran u skladu s duljinom segmenta kako bi se osigurala zajamčena razina signala i napon napajanja.

Sl. 70 Povezivanje uređaja za punu brzinu

Sl. 71 Povezivanje uređaja s niskom brzinom

Sl. 72. Kodiranje podataka u skladu s NRZI metodom

Standard definira dvije vrste priključaka (Tablica 7 i Sl. 73).

Tablica 7.

"A" konektori se koriste za povezivanje s čvorištima (uzvodno priključak). Utikači su instalirani na kabelima koji nisu isključeni s uređaja (na primjer, tipkovnice, miša itd.). Gnijezda su instalirane na spuštenim priključcima (nizvodno luke) čvorišta.

Priključci "B" (nizvodni priključak) instalirani su na uređajima s kojih se spojni kabel može prekinuti (pisači i skeneri). Odgovor (vilica) je instaliran na spojnom kabelu, čiji je suprotni kraj koji ima čep tipa "a".

Tip konektora "A" i "B" razlikuju mehanički (sl. 73), koji eliminira neprihvatljive petlje priključci čvorišta. Četverostruki priključci imaju tipke koje isključuju netočnu vezu. Dizajn konektora omogućuje kasnije povezivanje i rano isključenje signalnih krugova u usporedbi s napajanjem. Da biste prepoznali USB priključak na kućištu uređaja, postavljena je standardna simbolička oznaka.

Sl. 73. USB utičnice: A - tip "A", B - tip "u", u - simbolička oznaka

Model prijenosa podataka

Svaki USB uređaj je skup neovisnih krajnjih točaka (krajnje točke), s kojom upravljački regulator razmjenjuje informacije. Krajnje točke opisane su sljedećim parametrima:

potrebna učestalost pristupa autobusu i važećim kašnjenjima održavanja;

potrebna propusnost kanala;

broj točke;

zahtjevi za obradu pogrešaka;

maksimalne veličine prenesenih i primljenih paketa;

vrsta dijeljenja;

smjer razmjene (za čvrste i izokronny razmjene).

Svaki uređaj nužno ima konačnu točku s brojem 0 koji se koristi za inicijalizaciju, ukupnu kontrolu i pregled njegovog stanja. Ova točka je uvijek konfigurirana kada je napajanje uključeno i povezivanje uređaja u autobus. Ona podržava upravljanje "upravljanje".

Osim nulte točke, funkcija uređaja može imati dodatne točke koje provode korisne razmjene podataka. Uređaji male brzine mogu imati do dvije dodatne točke, pune brzine - do 16 ulaznih točaka i 16 izlaznih točaka (ograničenje protokola). Točke se ne mogu koristiti prije nego što budu konfigurirane (uspostavljanje kanala dogovorenog s njima).

Kanal (cijev) u USB naziva se model prijenosa podataka između kontrolera hosta i krajnje točke (krajnje točke) odobrenja. Postoje dvije vrste kanala: potoci (potok) i komunikacija (poruka). Protok donosi podatke s jednog kraja kanala na drugi, uvijek je jednosmjerno. Isti krajnji broj se može koristiti za dva kanala streala - ulaz i izlaz. Tok može implementirati sljedeće vrste razmjene: kruti, izokroni i prekinuti. Isporuka uvijek ide u red "prvi put - prvi je izašao" (FIFO); Sa stajališta USB-a, podaci o protoku su nestrukturirani. Poruke imaju format definiran USB specifikacijom. Host šalje zahtjev na krajnju točku, nakon čega se prenosi (prihvaćen) paket poruka, nakon čega slijedi paket sa statusom krajnje točke. Naknadna poruka ne može se normalno slati prije obrade prethodnog, ali kada se radite pogreške, neversonirane poruke se resetiraju. Dvostrana poruka se upućuje na istu krajnju točku. Za isporuku poruka koristi se samo razmjena tipa "upravljanje".

Kanali koji odgovaraju krajnjoj točki (propusnost, vrsta usluge, veličina međuspremnika, itd su povezani s kanalima. Kanali se organiziraju prilikom konfiguriranja USB uređaja. Za svaki uređaj uključen, postoji kanal za razmjenu poruka (kontrolna cijev 0), koja se prenosi na konfiguraciju, kontrolu i informacije o statusu.

Vrste prijenosa podataka

USB podržava i jednosmjerne i dvosmjerne načine komunikacije. Prijenos podataka se vrši između domaćina i krajnje točke uređaja. Uređaj može imati nekoliko krajnjih točaka, komunikacija sa svakim od njih (kanal) je postavljen neovisno.

USB arhitektura priznaje četiri osnovne vrste podataka:

Kontrolni transferi koji se koriste za konfiguriranje tijekom povezivanja i rada za upravljanje uređajima. Protokol osigurava zajamčenu dostavu podataka. Područje podataka kontrolne pakete ne prelazi 64 bajta pri punoj brzini i 8 bajtova na niskoj razini.

Kompletni prijenosi (rasuti transferi podaci) relativno veliki paketi bez oštrih zahtjeva za vrijeme isporuke. Prijenosi zauzimaju cijelu slobodnu lom od gume. Paketi imaju polje podataka u veličini 8, 16, 32 ili 64 bajta. Prioritet tih zupčanika je najniža, mogu se suspendirati s velikim autobusnim opterećenjem. Dopušteno samo na punu brzinu prijenosa.

Prekid (prekid) je kratak (do 64 bajta pri punoj brzini, do 8 bajtova na niskom) vrsti prijenosa unesenih znakova ili koordinata. Prekirjeti imaju spontani karakter i moraju se servisirati ne sporiji nego što uređaj zahtijeva. Vremenski rok usluge postavljen je u rasponu od 1-255 MS za punu brzinu i 10-255 ms - za nisko.

Izokroni transferi (izokroni transferi) - kontinuirani prijenosi u stvarnom vremenu, koji zauzimaju prethodno dogovoreni dio propusnosti guma i imaju određenu odgodu isporuke. U slučaju detekcije pogrešaka, izotroni podaci se prenose bez ponovnog invalida - nevažeći paketi se zanemaruju. Primjer - Digitalni prijenos glasa. Propusnost se određuje zahtjevima za kvalitetu prijenosa, a kašnjenje isporuke može biti kritična, na primjer, pri provođenju telekonferencije.

Autobusna propusnost je podijeljena između svih instaliranih kanala. Odabrana traka je određen kanalom, a ako postavka novog kanala zahtijeva takav bend koji se ne uklapa u već postojeću distribuciju, kanal za odabir kanala je odbijen.

Arhitektura uporabe osigurava interni pufering svih uređaja, a veća propusnost zahtijeva uređaj, to bi trebao biti više njezin međuspremnik. USB bi trebao pružiti razmjenu takvom brzinom tako da kašnjenje podataka u uređaju uzrokovan puferiranjem nije premašio nekoliko milisekundi.

Izokronski prijenosi se klasificiraju u skladu s metodom sinkronizacije krajnjih točaka - izvora ili primatelja podataka - sa sustavom: razlikovati asinkrone, sinkrone i prilagodljive klase uređaja, od kojih svaki odgovara njegovom USB kanalu.

Protokol

Sve razmjene (transakcije) putem USB sastoje se od tri paketa. Svaka transakcija je planirana i počinje na inicijativu kontrolera, koji šalje paketni marker (paket tokena). Opisuje vrstu i smjer prijenosa, adresu USB uređaja i broj krajnje točke. U svakoj transakciji moguće je razmjenjivati \u200b\u200bsamo između adresara (završna točka) i domaćin. Uređaj adresiran marku prepoznaje svoju adresu i priprema za razmjenu. Izvor podataka (definiran oznakom) prenosi paket podataka (ili obavijest o odsutnosti podataka namijenjenih prijenosu). Nakon uspješnog primanja paketa, prijemnik podataka šalje paket za potvrdu (paket za rukovanje).

Planiranje transakcija pruža streaming kanala. Na razini hardvera, koristeći transakcijsko kvar (NAK) s nevažećim intenzitetom prijenosa sprječava preljev odbojnika odoznika odozgo prema gore i dolje. Odbijeni markeri transakcije ponovno se prenose u slobodno vrijeme za gumu. Upravljanje tokom omogućuje fleksibilno planiranje održavanja istovremenih heterogenih tokova podataka.

Otpornost na pogreške osigurava sljedeće USB svojstva:

Signali visoke kvalitete postignuti zbog diferencijalnih prijemnika / odašiljača i oklopljenih kabela.

Zaštita kontrolnih polja i podatkovnih CRC kodova.

Otkrivanje povezivanja i onemogućavanja uređaja i konfiguriranje resursa na razini sustava.

Samostalni protokol s timeout prilikom gubitka paketa.

Kontrola protoka kako bi se osiguralo izokronizam i kontrole hardverskih odbojnika.

Neovisnost funkcija iz neuspješnih razmjena s drugim funkcijama.

Da biste otkrili pogreške prijenosa, svaki paket ima kontrolna polja CRC kodova koja vam omogućuju otkrivanje svih pojedinačnih i dvostrukih pogrešaka. Hardver detektira pogreške prijenosa, a kontroler automatski proizvodi pokušaj prijenosa prijenosa. Ako se ponavljaju ne uspije, poruka o pogrešci se prenosi na klijentski softver.

Formati paketa

Bytes se prenose preko serije autobusa, počevši od mlađičkog bita. Sve parcele su organizirane u paketima. Svaki paket počinje s poljem sinkronizacije sinkronizacije, koje je predstavljeno od strane Kjkjkkkk slijed države (kodirano NRZI), sljedeći nakon stanja mirovanja. Posljednja dva bita (CC) su početni markeri SOP paketa koji se koristi za identifikaciju prvog dijela identifikatora PID paketa. Identifikator paketa je 4-bitno PID polje koje identificira vrstu paketa (tablica 8), nakon čega slijedi iste 4 bita, ali obrnuta.

U, postavki i out pakete, sljedeće su adresna polja: 7-bitna adresa funkcije i 4-bitna adresa krajnje točke. Oni vam omogućuju da se pozabavite do 127 USB funkcija (nula adresa se koristi za konfiguraciju) i 16 krajnjih točaka u svakoj funkciji.

U SOF paket postoji 11-bitno polje broj okvira (polje broj okvira), dosljedno (ciklički) povećan za sljedeći okvir.

Područje podataka može biti veličine od 0 do 1023 cijeli broj bajtova. Veličina polja ovisi o vrsti prijenosa i dosljedna je kada se uspostavi kanal.

SCC-Cola polje je prisutno u svim markerima i paketima podataka, štiti sva paketna polja, isključujući PID. CRC za oznake (5 bita) i podataka (11 bitova) izračunavaju se pomoću različitih formula.

Tablica 8.

			Sadržaj i svrha
			Funkcija adrese i broj krajnje točke - Funkcija transakcijska oznaka
			Funkcija adrese i broj krajnje točke - markera transakcije hosta
			Marker početni okvir
			Adresa funkcije i broj krajnje točke je marker transakcije s kontrolnom točkom
			Paketi podataka s pare i neobičnim PID-om izmjenjuju se točnoj identifikaciji potvrde
			Potvrda paketa pogrešaka
			Prijemnik nije uspio prihvatiti ili odašiljač nije uspio prenijeti podatke. Može se koristiti za kontrolu toka podataka (nespremnost). U transakcijama prekida je znak nedostatka prekida slušanja
			Krajnja točka zahtijeva intervenciju domaćina
			Preambula prijenosa niske brzine

Svaku transakciju pokreće kontroler hosta s parcelom markera i dovršen je s paketom potvrde. Slijed paketa u transakcijama ilustrira sl. 7.7.

Kontroler hosta organizira razmjene s uređajima prema planu raspodjele resursa. Kontroler je ciklički (s periodom od 1 ms) oblikuje okvire (okviri) u kojima su sve raspoređene transakcije složene. Svaki okvir počinje slanjem SOF markera (početak okvira), koji je sinkronizacijski signal za sve uređaje, uključujući čvorišta. Na kraju svakog okvira označen je vremenski interval EOF (kraj okvira), tijekom kojeg čvorišti zabranjuju mjenjač prema regulatoru. Svaki okvir ima svoj broj. Kontroler hosta radi 32-bitni brojač, ali u SOF markeru prolazi 11 bitova. Broj okvira povećava se (ciklički) tijekom EOF-a. Host planira učitati okvire tako da uvijek imaju mjesto za kontrolu i prekid transakcija. Okviri slobodnog vremena mogu se ispuniti čvrstim mjenjačima (rasuti transferi).

Zadatak za obavljanje posla

1. Opisati funkcije upravljanja autobusom i lukom

a) formiranje adrese luke

b) Organizacija kanala u sustavu sučelje za prijenos podataka između priključka I / O uređaja i MP.

2. Struktura memorije mikroprocesora.

3. Serijski USB autobus. Načini prijenosa podataka.

4. čipset. Njegovo imenovanje. Dijagram čipseta.

5. Mikroprocesorska memorija. Registri i njihovo imenovanje.

6. Standardna sučelja i formati prijenosa podataka.

7. Donesite sheme za povezivanje modema, pisače, plote na COM port.

8. Nacrtajte shemu za interakciju komponenti USB.

USB pruža razmjenu podataka između računala domaćina i višestrukih perifernih uređaja (PU). Prema USB specifikaciji, uređaji, uređaji mogu biti čvorišta, funkcije ili njihove kombinacije. Uređaj za hub (HUB) pruža samo dodatne točke povezivanja u autobus. USB uređaj (funkcija) pruža sustav za dodatnu funkcionalnost, kao što je spajanje na ISDN, digitalni joystick, akustični zvučnici s digitalnim sučeljem, itd. Kombinirani uređaj (složeni uređaj), koji sadrži nekoliko funkcija, pojavljuje se kao čvorište s nekoliko povezanih IT uređaji. USB uređaj mora imati USB sučelje koje pruža punu USB podršku, izvršavanje standardnih operacija (konfiguraciju i resetiranje) i pružanje informacija koje opisuju uređaj. Rad cijelog USB sustava kontrolira kontroler hosta (host kontroler), koji je softver i hardverski host računalo. Autobus vam omogućuje povezivanje, konfiguriranje, korištenje i isključivanje uređaja dok host radi i sami uređaji. USB Bus je hostSEntric: jedini vodeći uređaj koji kontrolira razmjenu je glavno računalo, a svi periferni uređaji pričvršćeni na njega su iznimno vođeni. Fizička topologija USB autobusa je višestruka zvijezda. Njegov vrh je domaćinski kontroler, u kombinaciji s korijenskom glavkom (korijen glavčine), u pravilu, dvostruki port. Hub je uređaj za razdjelnik, može biti izvor napajanja za uređaje spojene na njega. Svaka luka HUB može izravno spojiti periferni uređaj ili međuprodukt čvorište; Guma priznaje do 5 razina kaskadnih čvorišta (ne računajući korijen). Budući da su kombinirani uređaji unutar sebe sadrže čvorište, njihove veze s glavčicom od 6. tier već su neprihvatljivi. Svaki međuprostorni čvorište ima nekoliko nizvodnih priključaka za spajanje perifernih uređaja (ili temeljnih čvorišta) i jedan uzvodno (uzvodno) priključak za spajanje na korijensko čvorište ili prema dolje do višeg čvorišta. Logička topologija USB je arbitrarnost zvijezde: za hostove hub, stvoriti iluziju izravne veze svakog uređaja. Za razliku od proširenih guma (ISA, PCI, PC kartica), gdje program komunicira s uređajima pozivima na fizičke memorije, i / o portove, prekida i DMA kanala, interakcija aplikacija s USB uređajima izvodi se samo kroz softversko sučelje. Ovo sučelje koje osigurava neovisnost referenci na uređaje pruža USB sustav za USB kontroler.

Za razliku od glomaznih skupih petlji paralelnih guma na a, a posebno SCSI gume s njegovom raznolikošću konektora i složenosti priključnih pravila, uzgoj USB kabela je jednostavan i elegantan. USB kabel sadrži jedan oklopljen upleteni par s impedancijom od 90 ohm za signalne krugove i jedan neoklonjen za napajanje (+5 V), dopuštenu duljinu segmenta - do 5 m. Za malu brzinu može se koristiti ujedinjenim neobliježenim kabelom do 3 m dugo (jeftinije). Sustav USB kabela i konektora ne može se pogrešno shvatiti kada su uređaji spojeni (Sl. 13.1, A i B). Da biste prepoznali USB priključak na kućištu uređaja, postavljena je standardna simbolička oznaka (sl. 13.1, b). Jacks tipa "A" su instalirani samo na nizvodne luke čvorišta, čepovi tipa "a" - na kabelima perifernih uređaja ili rastućih luka čvorišta. Utičnice i čepovi "B" vrste koriste se samo za kabele odspojen od perifernih uređaja i uzvodne luke čvorišta (od "malih" uređaja - miševa, tipkovnica, itd. Kabeli, u pravilu nisu isključeni). Osim standardnih priključaka prikazanih na slici 19, koriste se i minijaturne opcije (Sl. 20, B, G, D). Habs i uređaji pružaju mogućnost "vruće" veze i isključivanja. Za to, konektori pružaju raniju vezu i kasnije odspajanje krugova napajanja u odnosu na signal, dodatno, je osiguran priključak i onemogućen alarmni alarmni protokol. Dodjela zaključaka USB konektora dan je u tablici. 9, numeriranje kontakata prikazano je na Sl. 20. Svi USB kabeli "ravno" - U njima su spojeni lanci priključaka.

Sl. 19. USB priključci: A - Upišite "A" tip, B - tip "B", u - simbolička oznaka

Sl. 20. USB utičnice: A - tip "A", B - tip "B" standard, u, G, D - minijaturni tip "B"

Tablica 9. Dodjela priključka USB priključka

Guma koristi diferencijalnu metodu za prijenos D + signala i d- do dvije žice. Brzina uređaja priključenog na određeni priključak određuje se glavčicom duž razine signala na linijama D + i D- premješteno opterećenim otpornicima prijenosa: Uređaji za niske brzine "zategnite" na visoku razinu D-linije, s punim - D +. Povezivanje uređaja HS-a određuje se na fazi razmjene informacija konfiguracije - fizički u prvom poluvremenu HS mora biti spojen kao FS. Prijenos preko dvije žice u USB nije ograničen na diferencijalne signale. Osim diferencijalnog prijemnika, svaki uređaj ima linearni prijemnik D + signala i D-, a ti linije odašiljači se upravlja pojedinačno. To vam omogućuje razlikovanje više od dva statusa linije koja se koristi za organiziranje hardverskog sučelja.

Uvođenje velike brzine (480 Mbps - samo 2 puta sporije od Gigabit Ethernet) zahtijeva pažljivu koordinaciju primopredajnica i komunikacijskih linija. Na toj brzini, samo kabel sa zaštićenim upletenim par za signalne linije mogu raditi. Za velike brzine, USB hardver mora imati dodatne posebne primopredaje. Za razliku od potencijalnih generatora za FS i LS načine, HS odašiljači su aktualni izvori usmjereni na prisutnost otpornika na terminator na oba signalne linije.

Brzina prijenosa podataka (LS, FS ili HS) odabran je pomoću perifernog developera u skladu s potrebama ovog uređaja. Provedba niskih brzina za uređaj je nešto jeftinije (primopredajci su lakši, a LS kabel može biti i neoklopljeni invazivni par). Ako je u "starog" USB uređaja, bez razmišljanja, povezivanje s bilo kojim slobodnom lukom bilo kojeg čvora, zatim u USB 2.0 u prisutnosti uređaja i čvorišta različitih verzija pojavili su se mogućnosti odabira između optimalnih, neaptimalnih i neoptivnih konfiguracija.

USB 1.1 čvorišta su potrebni za održavanje FS i LS brzine, brzina uređaja spojenog na HUB se automatski određuje razlikom u potencijalima signalnih linija. USB Habs 1.1 Prilikom prijenosa paketa su jednostavno repetitore koji pružaju prozirno spajanje perifernog uređaja s kontrolerom. Prijenosi s niskim brzinama su prilično rasipno konzumiraju potencijalni propusnost autobusa: za vrijeme kada zauzimaju gumu, uređaj velike brzine može prenositi podatke 8 puta više. Ali radi pojednostavljenja i varanja cijelog sustava, ove žrtve su otišli, a planer transakcijskih planova kontrolera hosta prati raspodjelu trake između različitih uređaja.

U specifikaciji 2.0, brzina od 480 Mbit / s treba uzeti iz istog, ali s omjerom stopa, razmjene za FS i ls će "jesti" moguću propusnost gume bez ikakvog "zadovoljstva" (za korisnika) , Da se to ne dogodi, USB 2.0 čvorišta stječu značajke paketnih prekidača. Ako je uređaj velike brzine (ili sličan HUB) spojen na priključak takvog čvorišta, HUB radi u načinu repetitora, a transakcija s uređajem na HS uzima cijeli kanal na kontroler hosta u svakom trenutku. Ako je uređaj ili čvorište 1.1 spojen na USB 2.0 čvorić, zatim dijelom kanala na regulatoru, paket prolazi na brzinu HS, pamće se u puferu za hub, a stari uređaj ili huba već je na njenom "Native" brzina FS ili ls. U tom slučaju, funkcije kontrolora i čvorišta 2.0 (uključujući korijen) su komplicirane, budući da su transakcije na FS i LS podijeljene i velike brzine transakcije su podijeljene između njihovih dijelova. Od starih (1.1) uređaja i čvorišta sve ove suptilnosti su skriveni, što osigurava unatrag kompatibilnost. Sasvim je jasno da će USB 2.0 uređaj moći implementirati veliku brzinu, samo ako na putu od njega do kontrolera hosta (također 2,0) će se naći samo čvorište 2.0. Ako je ovo pravilo razbijeno između njega, a 2,0 kontroler će biti stari Hub, onda se veza može instalirati samo u FS modu. Ako takav uređaj za brzinu i klijentski softver zadovolji (na primjer, za pisač i skener, to će biti navedeno samo na duže vrijeme čekanja korisnika), povezan uređaj će raditi, ali poruka o ne-optimalnoj konfiguraciji veza će pojavljuju se. Ako je moguće, to (konfiguracija) treba ispraviti, korist od prebacivanja USB kabela može se izvesti na pokretu. Uređaji i softver, kritični za propusnost sabirnice, u pogrešnoj konfiguraciji bit će odbijeni i kategorički zahtijevaju prebacivanje. Ako je kontroler hosta stari, onda će sve prednosti USB 2.0 biti nedostupne korisniku. U tom slučaju, morat ćete promijeniti kontroler hosta (promijeniti matičnu ploču ili steći PCI karticu). USB 2.0 kontrolor i čvorišta omogućuju vam da poboljšate ukupnu propusnost gume i za stare uređaje. Ako se FS uređaji povezuju s raznim USB 2.0 priključcima (uključujući korijen), onda za njih, ukupna propusnost USB autobusa povećat će se u usporedbi s 12 Mbps u onoliko puta koliko se koriste brze priključke HUB-a.

Hub je ključni element PNP sustava u USB arhitekturi. Hub obavlja mnoge funkcije:

pruža fizičku vezu uređaja,

formiranje i percipirano

signali u skladu s specifikacijom guma na

svaki njezin luka;

kontrolira napon napajanja

nizvodno portove i ugradnju trenutnog ograničenja koju konzumira svaka luka;

prati stanje uređaja povezanih s njom,

obavještavanje hosta o promjenama;

otkriva greške u autobusu, obavlja postupke

obnovu i izolate neispravne segmente guma;

pruža povezivanje segmenata gume

različite brzine.

Hub nadzire signale generirane uređajima. Neispravan uređaj ne može "utišati" (gubljenje aktivnosti) ili, naprotiv, nešto "mjehurić" (žabnjak). Te situacije nadzire najbliži hab uređaja i pružit će uzlazne transfere s takvog uređaja najkasnije do graničnog (mikro) okvira. Zahvaljujući budnosti čvorišta, te situacije neće dopustiti neispravan uređaj za blokiranje cijelog autobusa.

Svaki od nizvodnih priključaka može biti dopušten ili zabranjen, a također je konfiguriran za visok, potpun ili ograničen metabolizam. HUBS može imati svjetlosne indikatore nizvodno priključaka, kontrolira se automatski (Hub Logic) ili softver (kontroler hosta). Indikator može biti par LED-a - zeleni i žuti (jantar) ili jedan LED s promjenjivom bojom. Stanje luke je sljedeće:

ne sjaji - luka se ne koristi;
zeleno - normalno djelovanje;
Žuta - pogreška;
zeleno treperenje - program zahtijeva pažnju

korisnik (pažnja softvera);

Žuta bljeskalica - instrument zahtijeva pažnju

korisnik (hardverska pažnja).

Uzlazno (uzvodno) Port Hub konfiguriran je i izvana se pojavljuje kao puna ili brzina (samo za USB 2.0). Prilikom povezivanja USB 2.0 čvorišta daje prekid prema FS shemi, prevedena je u HS način samo naredbom kontrolera.

Na sl. 13.3 Daje se varijanta spojnih uređaja i čvorišta, gdje je USB 2.0 uređaj visoke brzine samo telekaler prijenos videozapisa bez kompresije. Povezivanje pisača i USB 1.1 skener za odvajanje Haba priključaka 2.0, pa čak i razmjenu od njih s audio uređajima, omogućuje im da koriste 12 Mbps gume / svaki. Dakle, iz ukupne trake od 480 Mbps na "stare" uređaje (USB 1.0), 3x12 \u003d 36 Mbps se oslobađa. Zapravo, moguće je govoriti o 48 Mbit / s bend, budući da su tipkovnica i miš spojeni na zasebnu priključak USB 2.0 kontrolera hosta, ali ovi uređaji su "nazdrav" samo mali proizvod iz 12 Mbps istaknutih. Naravno, možete spojiti tipkovnicu i miša u luku vanjskog čvorišta, ali s gledišta povećanja pouzdanosti, uređaji za unos sustava su bolji za povezivanje najkraćeg (prema broju kabela, priključaka i intermedijera Uređaji) metodom. Neuspješna konfiguracija bila bi povezana pisača (skener) na USB 1.1 HUB - dok radite s audio uređajima (ako su visoke kvalitete) brzina ispisa (skeniranje) će pasti. Neporučljiva konfiguracija bi se povezala fotoaparat na luku HUB USB 1.1.

Prilikom planiranja veza potrebno je uzeti u obzir metodu prehrane uređaja: uređaji koji jede iz gume, u pravilu su povezani s Hubs hranjenjem iz mreže. Samo nisko-snage su povezani s čvorištima koji se hrane iz gume - tako, na USB tipkovnicu koja sadrži čvorište unutar sebe, USB miš i drugi pokazatelji (Trackball, tablet) su spojeni.

Upravljanje energijom je visoko razvijena USB funkcija. Za uređaje koji se hrane gumom, snaga je ograničena. Bilo koji uređaj kada spojen ne bi trebao konzumirati struju iz autobusa koji prelazi 100 mA. Radna struja (ne više od 500 mA) proglašava se u konfiguraciji. Ako čvorište ne može pružiti uređaj traženu struju, nije konfiguriran i, dakle, ne može se koristiti.

USB mora održavati način suspenzije (suspendirani način), u kojem njegova struja konzumirana ne prelazi 500 μA. Uređaj se mora automatski obustaviti kada je aktivnost autobusa prekinuta.

Sl. 21. Primjer konfiguracije veze

Udaljeni Wakeup omogućuje spušteni uređaj da podnese glavno računalo koje također može biti u suspendiranom stanju. Mogućnost daljinskog buđenja opisan je u konfiguraciji uređaja. Kada konfigurira, ova značajka može biti zabranjena.

USB autobus (univerzalni serijski autobus - univerzalna sekvencijalna guma) pojavila se na računalnim standardima dugo vremena - verzija prve odobrene verzije standarda pojavila se 15. siječnja 1996. godine. Razvoj standarda pokrenuo je vrlo autoritativne tvrtke - Intel, Dec, IBM, NEC, NORTHEN TELECOM i COMPAQ.

USB značajke slijede iz svojih tehničkih značajki: visoki tečaj (brzina signalizacije pune brzine) - 12 Mbps; Maksimalna duljina kabela za visoki metabolizam - 5 m; Niski tečaj (brzina prijenosa male signalizacije) - 1,5 Mbps; Maksimalna duljina kabela za nizak metabolizam - 3 m; Maksimalni broj povezanih uređaja (uključujući multiplikate) - 127; Moguće je povezati uređaje s različitim tečajevima; Napon napajanja za periferne uređaje - 5 V; Maksimalna struja potrošnje na jednom uređaju - 500 mA (to ne znači da putem USB-a mogu se napajati uređaji s ukupnom potrošnjom struje 127 '500 mA \u003d 63,5 a)

USB topologija praktički se ne razlikuje od topologije uobičajene lokalne mreže na upletenom paru, koja se obično naziva "zvijezda". Čak i terminologija je slična - multiplikatori se također nazivaju čvorištem.

Uvjetno, USB uređaj uređaja na računalo može se prikazati tako (vidi sl. 5.22) (brojevi su označeni perifernim uređajima s USB sučeljem):

Umjesto bilo kojeg od uređaja, HUB također može stajati. Glavna razlika od topologije uobičajene lokalne mreže je računalo (ili uređaj domaćin) može biti samo jedan. Hub može biti i poseban uređaj s vlastitim napajanjem i ugrađenim perifernim uređajem. Najčešće su ugrađene u monitore i tipkovnice.

USB signali se prenose preko 4-žični kabel shematski prikazan na Sl. 5.22:

Sl. 5.22. Prijenos signala USB kabela

Ovdje GND je "stambeni" lanac za poticanje perifernih uređaja, VBUS - +5 V također za strujne struju. D + Autobus je dizajniran za prijenos podataka preko autobusa, a d BUS je za prijem podataka. Kabel za potporu punoj brzini guma (puna brzina) izvodi se kao upleten par, zaštićen zaslonom i može se koristiti za rad u minimalnom brzinu (malog brzine). Kabel za rad samo na minimalnoj brzini (na primjer, za spajanje miša) može biti bilo koji i neoklonjen.

Godine 1999. isti konzorcij računalnih tvrtki, koji je inicirao razvoj prve verzije standarda na USB autobusu, počeo je aktivno razviti verziju 2.0 USB, što je karakterizirano činjenicom da se propusnost autobusa povećava 20 puta do 250 Mbps, što omogućuje prenošenje video podataka putem USB-a i čini ga izravnim natjecateljem IEEE-1394 (FireWire). Kompatibilnost svih prethodno objavljenih perifernih uređaja i brzih kabela se u potpunosti održava i očuvana je jedna od najvažnijih prednosti USB-a - niske troškove kontrolera.

Univerzalna sekvencijalna guma

MINI-B priključak ECN: Obavijest izdana u listopadu 2000. godine.
Errata od prosinca 2000: Obavijest izdana u prosincu 2000. godine.
Pull-up / pull-down otpornici ECN
Errata od svibnja 2002. godine: Obavijest izdana u svibnju 2002. godine.
Udruge sučelja ECN.: Obavijest izdana u svibnju 2003. godine.
- Dodani su novi standardi za povezivanje više sučelja s jednom funkcijom uređaja.
Zaokružena skazačka ECN.: Obavijest izdana u listopadu 2003. godine.
Unicode ECN.: Obavijest izdana u veljači 2005. godine.
- Ovaj ECN određuje da su žice kodirane pomoću UTF-16LE.
Inter-čip USB dodatak: Obavijest izdana u ožujku 2006. godine.
Dodatak na putu 1.3: Obavijest izdana u prosincu 2006. godine.
- USB on-the-go omogućuje povezivanje dva USB uređaja jedni s drugima bez zasebnog USB hosta. U praksi, jedan od uređaja igra ulogu domaćina za drugu.

USB otg.

USB 3.0.

USB 3.0 je u završnim fazama razvoja. Stvaranje USB 3.0 tvrtki se bavi tvrtkama: Microsoft, Texas Instruments, NXP poluvodiči. U USB 3.0 specifikacijama, veze i kabeli ažuriranog standarda bit će fizički i funkcionalno kompatibilni s USB 2.0. USB 2.0 kabel sadrži četiri linije - par za prijenos / prijenos podataka, jedan - za snagu i još jedan - za uzemljenje. Osim njih, USB 3.0 dodaje pet novih linija (kao rezultat toga kabel je postao mnogo deblji), ali novi kontakti se nalaze paralelno s obzirom na stari na drugom kontaktu. Sada možete jednostavno odrediti kabel koji pripada određenoj verziji standarda, samo gledajući njegov priključak. USB 3.0 specifikacija povećava maksimalnu brzinu prijenosa informacija na 4,8 Gbps - što je redoslijed veličine više od 480 Mbps, što može pružiti USB 2.0. USB 3.0 može se pohvaliti ne samo višom brzinom prijenosa informacija, već i povećana struja od 500 mA do 900 mA. Od sada će se korisnik moći ne samo hraniti od jednog čvorišta mnogo veći broj uređaja, ali i sam hardver, koji su prethodno isporučeni s odvojenim napajanjem, riješit će ih se.

Ovdje GND je "Case" lanac za poticanje perifernih uređaja, VBUS - +5 V, kao i za strujni krug. Podaci se prenose žicom D + i D-diferencijalom (stanja 0 i 1 (u terminologiji službene dokumentacije diff0 i diff1, respektivno) određuju se potencijalnom razlikom između linija više od 0,2 V i pod uvjetom da Jedna od linija (D- u slučaju različitog 10 i D + s diff1) potencijala u odnosu na GND iznad 2.8 V. Metoda diferencijalne mjenjača je glavni, ali ne i jedini (na primjer, kada je inicijaliziran, uređaj Izvješćuje domaćin na načinu rada podržan pomoću uređaja (puna ili niska brzina), povlačenjem jednog od podacima linije na v_bus putem 1,5 com otpornika (D- za način rada s niskom brzinom i D + za puni Način rada brzine, uređaji koji rade u načinu rada Hi-Speed, ponašaju se u ovoj fazi kao uređaj u načinu pune brzine). Ponekad oko žica postoji vlaknastih namota za zaštitu od fizičkog oštećenja ..

USB 3.0 priključak Vrsta b

USB 3.0 priključak Tip A

Kabeli i USB 3.0 priključci

USB nedostaci

Iako je propusnost PIC-a od USB 2.0 je 480 Mbps (60 MB / s), u praksi, osigurati propusnost blizu vrha, ne može biti dostupna. To se objašnjava prilično velikim USB autobusnim kašnjenjima između zahtjeva za prijenos podataka i samog prijenosa. Na primjer, guma FireWire iako ima manju vrhunsku propusnost od 400 Mbps, što je 80 Mbps manje od one od USB 2.0, u stvarnosti vam omogućuje da pružite veću propusnost za razmjenu podataka s tvrdim diskovima i drugim uređajima za pohranu informacija.

USB i FireWire / 1394

USB Protokol za pohranu, koji je metoda naredbenog prijenosa

Osim toga, USB pohranjivanje nije podržano u starom OS (početni Windows 98) i zahtijevao je instalaciju upravljačkog programa. SBP-2 je podržan u njima. Također u Starom OS (Windows 2000), Protokol USB pohrane proveden je u obrubljenom obliku koji ne dopušta korištenje funkcije CD / DVD diska na USB pogonu, SBP-2 nikada nije imala takva ograničenja.

USB autobus je strogo orijentiran, jer veza 2 računala ili 2 periferni uređaja zahtijeva dodatnu opremu. Neki proizvođači podržavaju vezu pisača i skenera ili fotoaparata i pisač, ali ove implementacije su snažno vezane za određeni proizvođač i nisu standardizirane. Autobusi od 1394 / FireWire ne podliježe ovom nedostatku (možete spojiti 2 kamkordera).

Međutim, zbog Appleove licencirane politike, kao i mnogo više složenosti opreme, 1394 je manje uobičajeno, matične ploče starih računala nemaju 1394 kontroler. Što se tiče periferije, podrška 1394 obično nije pronađena ništa osim za video kamere i kućišta za vanjske tvrde diskove i CD / DVD pogone.

vidi također

Firewire.
TransferJet.

Izvori

Linkovi

USB vijesti (to.)
Popis USB ID-a (dobavljači, uređaji i sučelja) (eng.)

PCI i PCI Express gume su prikladne za spajanje perifernih uređaja velike brzine, ali koristite PCI sučelje za niske brzine i / o uređaje (na primjer, miševi i tipkovnicu) neučinkovito.

Osim toga, za dodavanje novih uređaja korišteni su besplatni ISA- i PCI slotovi koji su umetnuti UVV kontroleri.

U isto vrijeme, korisnik mora instalirati prekidače i skakače, a zatim jedinica sustava mora otvoriti, umetnuti ploču, zatvoriti jedinicu sustava i uključiti računalo.

Za mnoge je taj proces vrlo složen i često dovodi do pogrešaka. Osim toga, broj ISA i PCI slotova vrlo je mali (obično dva ili tri).

Godine 1993. predstavnici sedam tvrtki (Compaq, prosinac, IBM, Intel, Microsoft, NEC i NOTHERNE TELECOM) razvili su gumu koja je optimalno pogodna za povezivanje uređaja za male brzine.

Rezultat njihovog rada postao je guma UspavanjeUniverzalni serijski autobus - univerzalna sekvencijalna guma)zadovoljavanje sljedećih uvjeta:

korisnici ne moraju instalirati prekidače i skakače na ploče i uređaje;
korisnici ne bi trebali otvoriti računalo za postavljanje novih I / O uređaja;
mora postojati samo jedan tip kabela pogodan za povezivanje svih uređaja;
i / O uređaji moraju se napajati kroz kabel;
trebalo bi biti moguće spojiti na jedno računalo na 127 uređaja;
sustav mora podržavati uređaje u stvarnom vremenu (na primjer,
zvučni uređaji, telefon);
mora postojati mogućnost instalacije uređaja tijekom rada računala;
ne smije biti potrebe ponovno pokretanje računala nakon instalacije novog uređaja;
proizvodnja novog autobusa i I / O uređaja za to ne bi trebalo zahtijevati visoke troškove.

Ukupna propusnost prve verzije gume (USB 1.0) je 12 Mbps.

Verzija 2.0 radi na brzini od 480 Mbps koji je sasvim dovoljno za pisače, digitalne kamere i mnoge druge uređaje. Ograničenje je odabrano kako bi se smanjio trošak šiljaka.

Verzija USB 3.0 povećava maksimalnu brzinu prijenosa informacija do 5 Gbps - što je redoslijed veličine više USB 2.0 (480 Mbps). Takva slika, stopa prijenosa se povećava s 60 MB / s do 600 MB / s

USB autobus se sastoji od korijen huba(Korijenski čvorište), koji je umetnut u glavni konektor sabirnice (vidi, sl. 3.49). Ovaj korijenski čvorište (često se zove korijenski čvorište) sadrži priključke za kabele koji se mogu spojiti na ulazni izlazni uređaji ili na dodatne čvorišta za povećanje broja priključaka.

Dakle, topologija USB guma je drvo s korijenom u korijenskom glavčinu, koji je unutar računala.

Konektori (priključci) uređaja s uređaja razlikuju se od priključaka huba tako da će korisnik slučajno spojiti kabel na drugu stranu.

Kabel se sastoji od četiri žice: dva su namijenjena prijenosu podataka, jedan - za energiju (+5 c) i jedan - za Zemlju. Sustav prenosi 0 s promjenom napona i 1 - nedostatak promjene napona "dakle, dugi slijed nula bitova generira protok redovitih mahunara.

Kada je spojen novi I / O uređaj, korijensko glavčine detektira tu činjenicu i prekida rad operativnog sustava.

Zatim operativni sustav traži novi uređaj "saznajući ono što predstavlja i koji je za njega potreban propusnost sabirnice.

Ako operativni sustav odluči da je uređaj propusnosti dovoljno, pripisuje ga jedinstvenu adresu (1-127) i preuzima ovu adresu i druge informacije u registre konfiguracije unutar uređaja.

Dakle, novi uređaji mogu biti povezani * SHA Fly ", dok korisnik ne mora instalirati nove ISA ili PCI kartice.

Neoricijalizirane ploče počinju s adresama 0, tako da ih možete kontaktirati. Mnogi uređaji opremljeni su ugrađenim mrežnim koncentratorima za dodatne uređaje. Na primjer, monitor može sadržavati dva čvorišta za desne i lijeve stupce.

USB Spikes je niz kanala između korijenskih ploča i I / O uređaja. Svaki uređaj može podijeliti svoj kanal na najviše 16 subhannela za različite vrste podataka (na primjer, audio i video).

U svakom kanalu ili subhannelu, podaci se pomiču iz korijenskog čvorišta do uređaja i natrag između dva I / O uređaja se ne pojavljuju.

Upravo kroz svaki milisekund (± 0,05 ms) korijen korijen šalje novi okvir za sinkronizaciju svih uređaja u vremenu. Okvir se sastoji od paketa, od kojih se prvi prenosi s čvorišta do uređaja. Sljedeći paketi okvira mogu se prenijeti u istom smjeru i mogu oboje u suprotnoj strani (s uređaja do čvorišta). Na sl. 3.55 prikazuje četiri uzastopna okvira.

Godine 1998. stvorena je brza USB verzija, nazvana USB 2.0. Ovaj standard je u velikoj mjeri sličan USB-u i kompatibilan s njom, međutim, nova - 480 MB / s dodaje se na dvije bivše brzine.

3 organizacija memorije u računalu

3.1 Hijerarhijska organizacija memorije i načelo lokaliteta Linkovi

Memorija - skup uređaja koji služe za primanje, skladištenje i izdavanje podataka središnjem procesoru ili vanjskom računalnom okruženju. Osnovne operacije memorije bilježe i čitaju.

U računalnim sustavima, memorija je jedna od glavnih komponenti koje definiraju i brzinu i funkcionalnost cijelog sustava.

Organizacija sjećanja je složena i izgrađena je na hijerarhijskom načelu. Glavna ideja hijerarhije memorije je uskladiti brzinu operativnih uređaja, prije svega procesora, s uređajima za pohranu.

Hijerarhijska organizacija memorije ima izgled predstavljen na sl. 3.1, gdje su prikazani rasponi vrijednosti kapaciteta i performanse memorijskih uređaja za moderna računala.

P i s. 3.1. Hijerarhijska organizacija sjećanja

RAM je operativni uređaj za pohranu;

ROM je konstantni uređaj za pohranu;

CD / DVD - pogon na optičkim diskovima;

HDD (tvrdi disk) - uređaj za pohranu na tvrdom magnetskom disku;

SSD (čvrsto stanje) - Vozite na "čvrstom" disk

Na sl. 3.1 Može se vidjeti da na višim razinama hijerarhije postoje uređaji s manjim kapacitetom memorije, ali s većom brzinom.

Registrirajte memoriju ili registar datoteku proizvedeni su u procesorskom kristalu uz istu tehnologiju i ima istu brzinu kao i operativni elementi procesora.

Predmemorija prve razine također se izvodi unutar procesora, što omogućuje da se odnosi na naredbe i podatke s frekvencijom sata procesora.

U mnogim modelima, procesori predmemorije na drugom razinom integrirani su u procesorsku jezgru.

Memorija treće razine izvodi se kao zasebni mikrocirkut s velikom brzinom ili u procesoru, kao u arhitekturi Nehalem.

Učinkovitost hijerarhijske organizacije odnosi se na najvažnije načelo lokaliteta referenci ili načelo lokaliteta na rukovanju.

Kada ispunjavate većinu programa, zabilježeno je da će adresu sljedeće naredbe biti smještena izravno na adresi izvršne naredbe, ili nedaleko od njega.

U isto vrijeme, uz vrlo visoku vjerojatnost, podaci koje koriste ove naredbe obično se strukturiraju i nalaze se u uzastopnim memorijskim stanicama.

Osim toga, programi sadrže mnoge male cikluse i potprograme koji se ponavljaju ponavljaju tijekom vremenskog intervala.

Na sl. 3.2 prikazuje dva dijela programa i odgovarajuće područje podataka.

P i s. 3.2. Mjesto programa i podataka u memoriji i lokalitet linkova

Ovaj fenomen naziva se mjesto referenci ili lokaliteta na rukovanju. Poznato je pravilo "90/10" - to jest, 90% vremena rada programa povezano je s žalbom na 10% adresnog prostora ovog programa.

3.2 Interakcija procesora i razne razine memorije

Razine hijerarhije memorije su međusobno povezane: svi podaci na jednoj razini mogu se naći na nižoj razini, a svi podaci na ovoj nižijoj razini mogu se naći na sljedećoj razini temeljne razine i tako dalje.

U svakom trenutku postoji razmjena s dvije razine u blizini. Minimalna jedinica informacija koja može biti prisutna ili je odsutna u hijerarhiji s dvije razine naziva se blok.

Veličina bloka može biti fiksna ili promjenjiva. Ako je ta veličina fiksna, količina memorije je višestruka veličina bloka.

Uspješna ili neuspješna žalba na višu razinu naziva se (hit) ili propust (miss).

Pogoditi - apelt na objekt u memoriji koji se nalazi na višoj razini dok promorati znači da se ne nalazi na ovoj razini.

Udio pogodaka ili koeficijenta pogodaka je udio žalbi na višoj razini.

Udio propusnosti je udio žalbi koji se ne nalaze na višoj razini.

Gumački gubici - vrijeme za zamjenu bloka na višoj razini za blok niže razine plus vrijeme za prosljeđivanje ove jedinice na željeni uređaj (obično u procesoru).

Gubici na smeću uključuju dvije komponente: Vrijeme pristupa je vrijeme privlačenja prve riječi bloka tijekom propusnosti, a vrijeme prijenosa je dodatno vrijeme za prosljeđivanje preostalih blokova.

Vrijeme pristupa je povezano s smanjenjem memorije niže razine, dok je vrijeme isporuke povezano s širinom kanala između dva susjedna memorijska uređaja.

Inicijator pamćenja je gotovo uvijek procesor. Iznimka - Izravni način rada memorije kada se proces prijenosa datoteka između op i vanjske memorije organizira kroz odgovarajući autobus, zaobilazeći procesor.

U procesu izvršavanja programa, procesor obrađuje svaku naredbu i određuje izvršnu adresu PC operanda.

U tom slučaju, procesor "ne zna" na kojoj razini memorije je ova izvršna adresa, stoga se žali na OP.

Mi ćemo razmotriti blok organizaciju podataka.

· U registar memorije, podaci su napisani blokovima u obliku riječi 16, 32, 64 i 128 bitni.

· Blok memorije predmemorije je niz od 16, 32 ili 64 bajt, Na najčešći se koristi. Kb.

· Na tvrdim diskovima, blokovi su sektori 512 bajta, U pravilu, veličina stranice je karatenova duljina vinobožačkog sektora.

Ako sustav ima predmemoriju memorije, kontroler predmemorije provjerava je li predmemorija sadrži traženu adresu AC. Ako postoje podaci s takvom adresom, blok s tim podacima se čita iz predmemorije na procesoru, a poziv na OP je blokiran.

Ako u predmemoriji nema podataka s adresom AP, željeni blok se traži u RAM-u, a zatim umetnut u memoriju predmemorije i istovremeno se prenosi na procesor.

Slično tome, prilikom pristupa glavnoj memoriji kada se unese blok podataka u procesor. Kada je pogreška, podaci se učitavaju iz krutog ili optičkog diska u OP.

Prilikom pristupa memoriji arhive, blok podataka, to jest, željeni disk se automatski prenosi s pohrane i instaliran u pogonu računala.

3.3 Memorija adrese

U uređaju za pohranu adrese (memorija), svaki memorijski element je stanica, ima adresu koja prikazuje svoju lokaciju u adresnom prostoru.

Traženje informacija izrađuje se brojem (adresom) pohranjenih podataka za pohranu stanica.

Kombinacija N stanica za skladištenje tvori matricu za skladištenje ZM.

Za kompaktan položaj stanica za pohranu i pojednostavi pristup njima, ZM je organiziran kao trodimenzionalna kocka.

Ima dvije adrese koordinate A 1 i 2, a na trećoj koordinatu postoje

n-ispusne riječi.

Ako adresa koja dolazi iz Shar ima malo do, Podijeljena je na dvije komponente K / 2 adresa bitova:

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

U tom slučaju, umjesto jednog DSH s m izlazi, koriste se dva dekodera s 2 K / 2 izlaza, što uvelike pojednostavljuje provedbu kruga.

Na sl. 3.3. Prikazan je blok dijagram uređaja za pohranu adrese.

Matrica za pohranu ZM ima dvije koordinate: retke i stupce. Upravljačka jedinica (BU) upravlja memorijskim uređajima, koji primaju iz vanjskih signala: RAS, CAS, CE, Mi i OE.

Rezultat signal CE mikrocirkutina omogućuje rad ovog memorijskog mikrocirkutra.

Način čitanja ili pisanja određuje se signalom. Za cijelo vrijeme, dok čip ne koristi podatkovne shd autobus, informacije o izlaza registara prevodi se oE signal u trećoj državi s visokim otporom izlaza.

Adresa niza na sjajnom autobusu popraćena je RAS signalom koji omogućuje adresu i njegovo dešifriranje. Nakon toga, CAS signal omogućuje prijem i dešifriranje adrese stupca.

Svaki stupac ima drugu liniju za čitanje / pisanje - za podatke. Ove linije na sl. 3.3 prikazano isprekidana linija.

Memorijskim operacijama upravljaju memorijskim kontroler. Svaka operacija je potrebna najmanje pet sati.

Određivanje vrste operacije (čitanje ili pisanje) i postavljanje adrese niza.

Formiranje RAS signala.

Postavljanje adrese stupca.

Formiranje CAS signala.

Snimanje ili izdavanje podataka i povratak RAS i CAS signala u neaktivno stanje.

P i s. 3.3. Uređaj za pohranu adresa

Zm - pamćenje matrice;

Signal za vrata RAS-a (adresa retka);

CAS - signal vrata stupaca (adresa stupca strobobe);

Mi - Omogućimo osobu (Omogući pisanje);

OE - razlučivost izlaznih signala (Omogući izlaz);

Cs - čip odaberite čip

Latencija i vrijeme memorije

Pod latencijom, oni razumiju kašnjenje između dolaska Komisije u sjećanje i njegovu provedbu. Memorija se ne može odmah premjestiti iz jednog stanja u drugu. Za stabilnu operaciju memorije trebate propusnicu više ciklusa kada mijenjate status memorijskog stanice.

Na primjer, nakon izvršavanja naredbe za čitanje, kašnjenje CAS (Cas Latency) mora slijediti. Ovo je latencija (CL) - najvažnija karakteristika memorije.

Očito, manja latencija, brže memorije radi.

Latencija memorije određena je svojim vremenskim vremenom, to jest, kašnjenja mjerena u broju satova između pojedinačnih naredbi.

Postoji nekoliko vrsta memorijskih vremena.

Cl: CAS latencija - vrijeme prolazeći od trenutka hranjenja naredbe za sjećanje prije početka odgovora na ovaj zahtjev. Ovaj put koji prolazi između zahtjeva procesora za primanje nekih podataka iz memorije i trenutka izdavanja tih podataka u memoriju.

RAS-to-CAS (TRCD): RAS kašnjenje do CAS - vrijeme koje mora proći od trenutka reference na matrični niz (RAS), sve dok se matrični stup poziva na njegov stupac (CAS), kako bi se uzorkovali podaci u koji su potrebni podaci pohranjeni.

RAS PreCharge (TRP) - vremenski interval između zatvaranja pristupa jednoj liniji i početku pristupa drugom nizu podataka.

Aktivno za precržište ili vrijeme ciklusa (TRAS) - stanka koja treba memoriju da se vrati u stanje čekanja sljedećeg upita.

CMD: Cijena naredbe (cijena naredbe) - vrijeme od trenutka aktivacije memorijskog čipa dok se prva naredba ne može privući. To je obično T1 (jedan sat) ili T2 (dva ciklusa sata).

Kapacitet memorije raste brzo, a latencija je praktički ne poboljšana.

U nekim novim vrstama pamćenja s većom propusnosti, latencija se ispostavlja da je viša nego u prethodnim implementacijama.

Tijekom posljednjih 25 godina latencija RAM-a smanjila se samo tri puta. U isto vrijeme, učestalost sata procesora povećala se stotine puta.

3.4 Associativna memorija

Koncept "Udruge" odnosi se na prije svega, na memoriju u kojoj se uzorak provodi ne na načelu adrese, ali po sadržaju.

Asocijativna memorija koristi snimanje i čitanje podataka na takav način da se osigura uzorak riječi koje imaju određeni sadržaj pojedinih polja.

Pretraživanje se provodi pomoću asocijativnih znakova. Struktura takve memorije prikazana je na Sl. 3.4.

P i s. 3.4. Asocijativna memorija

Zm - pamćenje matrice;

Znak sp - guma;

SHD - podatkovni autobus

Memorija pohranjuje m ćelije za M + 1 prikazane riječi s znakovima.

Servis M + 1. Ispuštanje emisije: "0" - stanica je besplatna za snimanje, "1" - stanica je zauzeta. Vrijednosti asocijativne značajke formiraju se registar maske iz značajki znakova koji dolaze iz gume SPP-a u registru asocijativnog znaka.

Traženje matrice za pohranu izvodi se u jednom trenutku istovremeno kroz područja asocijativnih znakova svih pohranjenih riječi.

To je prepoznatljiva značajka asocijativnih memorijskih uređaja.

Provedba takve pretrage provodi se kombinacijskim shema slučajnosti na temelju elemenata "dodavanje modula 2".