مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

پاورپوئینت ppt در مورد PCI , PCI Express به همراه عکس

شامل 17 اسلاید

متن پاور

قبل از توصیف مقوله PCI Express، لازم است که از تاریخچه فناوری گذرگاه (BUS )، مطالبی عنوان شود.

پردازنده با دیگر تجهیزات جانبی PC، از طریق یک مسیر داده به نام گذرگاه ارتباط برقرار می کند. از زمان ساخت اولین PC در سال ۱۹۸۱ تاکنون، انواع مختلفی از این گذرگاه ها به ترتیب زیر طراحی شده اند:

تفاوت اصلی آنها با هم اولاً در تعداد بیت هایی که می توانند در هر لحظه انتقال دهند و ثانیاً در فرکانس کاری آنها می باشد.

در مقایسه با پیشرفتی که هر ساله در بخش های مختلف دنیای کامپیوتر از قبیل پردازنده ها ، کارت های گرافیکی و… صورت می گیرد، به نظر می آید که فناوری سیستم های ورودی/خروجی ( I/O ) متوقف مانده است. چنانکه گذرگاه PCI در اوایل دهه ۹۰ میلادی ابداع شد و هنوز استفاده می شود. هارد دیسک ها، تجهیزات جانبی، کارت های شبکه، کارت های صدا، USB ها و Firewire ها ، همگی اطلاعات را از همان گذرگاه قدیمی که اززمان پردازنده ۴۸۶ها وجود داشته، عبور می دهند.

  اینتل در ژوئن ۱۹۹۲، فناوریPCI را معرفی کرد. بر پایه این فناوری همه دستگاه های جانبی از قبیل دیسک سخت، کارت صدا، کارت شبکه و کارت های ویدئویی از این گذرگاه به طور اشتراکی استفاده می کردند. PCI یک رابط ۶۴ بیتی در یک بسته بندی ۳۲ بیتی می باشد. گذرگاه PCI در فرکانس ۳۳MHz کار می کند و می تواند ۳۲ بیت (معادل ۴ بایت) را در هر پالس ساعت انتقال دهد. PCI با پهنای باند ۳۲bit و سرعت ۳۳MHz، حداکثر نرخ انتقال ۱۳۳MB/s خواهد داشت که بین تمام تجهیزات PCI به اشتراک گذاشته می شود. ولی مشکل اینجاست که هر پالس ساعت در فرکانس ۳۳MHz، برابر با ۳۰ نانوثانیه می شود، ولی حافظه می توانست حداکثر با سرعت ۷۰ نانوثانیه کارکند. بنابراین وقتی پردازنده، داده ها را از حافظه درخواست می کند، مجبور است که حداقل ۳ پالس ساعت صبر کند تا داده برسد. در صورتی که اگر داده در تمام پالس های ساعت انتقال داده شود (استفاده از حافظه های سریع تر،گذرگاهPCI می تواند همان کارایی سیستم های ۶۴ بیتی را با یک گذرگاه ۳۲ بیتی فراهم کند.

در حالیکه PCI ابتدا به عنوان یک منجی در دنیای کامپیوتر مطرح شده بود ولی کم کم با ورود فناوری های جدید تر مثل هارد دیسک های سریع تر، کارت های صدای PCI، کارت های شبکه۱۰/۱۰۰ و … با مشکل مواجه شد و نیاز به یک راه حل برای رسیدن به پهنای باند بالا تر، روز به روز بیشتر احساس می شد.

یک هارد دیسک ATA133 با استفاده ازیک کنترل کننده Ultra IDE133 در تئوری

می تواند تمام پهنای باند یک گذرگاه PCI را فقط در بعضی از لحظات
( Burst time )اشغال کند و سایر تجهیزات را از دسترسی به این گذرگاه محروم کند.

نرخ انتقال واقعی برای این هارد دیسک ها، عملاً پایین تر از این مقدار می باشد. حالا ببینید وضع در مورد RAIDها، SCSIها و کارت های شبکه گیگا بیتی و … که نرخ انتقال بالاتری دارند چگونه است؟ همه این فناوری ها سعی دارند که اطلاعات را از طریق همان گذرگاه PCI قدیمی و کم سرعت انتقال دهند! این یعنی گلوگاه

گذرگاه PCI و AGP

هر چند که بار داده های ویدئویی با آمدنAGP از دوش PCI برداشته شد ولی باز هم داستان رشد فناوری تکرار شد و با آمدن فناوری های نوین مثل کارت های شبکه گیگا بیتی و RAIDها ، گذرگاه PCI با مشکل مواجه شد و توانایی پشتیبانی از نرخ انتقال آنها را نداشت. به عنوان مثال یک Pentium4 با حافظه DDR می تواند اطلاعات را با سرعت ۲/۱GB/s در گذرگاه حافظه انتقال دهد و نیز AGP 8x می تواند با همین نرخ انتقال عمل کند. اینها نمونه ای از فناوری های جدید برای حل مشکل محدودیت گذرگاه PCI می باشند. ولی به هیچ وجه کافی نبودند، بنابراین فکر تغییر گذرگاه PCI پا به عرصه گذاشت. با در نظر گرفتن این واقعیت ها، خیلی بهتر است که بتوان همین گذرگاه PCI را بهبود بخشید و سرعت آن را افزایش داد. چرا که PCI، یک بستر پایدار و انعطاف پذیر برای تولید کنندگان سخت افزار و نرم افزار در طول تقریباً یک دهه فراهم کرده است.

در حال حاضر ۳ نوع PCI وجود دارد که همگی برای افزایش پهنای باند طراحی شده اند. این ها عبارتند از:

PCI–X 2.0

PCI-X 64Bit 133 MHz

PCI 66MHz

گذرگاه PCI Express پاسخ به نیاز سرعت بود. در واقع این فناوری برای برقراری مجدد توازن بین سرعت پردازنده و سرعت سیستم طراحی شد. شرکت Intel همراه با IBM، Dell، COMPAQ، HP و Microsoft استاندارد جدیدی را برای این مشکل ابداع کردند. این استاندارد PCI Express نامیده شد که البته در ابتدا ۳G IO یا نسل سوم I/O نامیده می شد. این استاندارد در ۱۷ آوریل ۲۰۰۲ در PCI–SIG تصویب شد (کمیته پاسخگو برای مدیریت رابط PCI ) .

PCI Express اگر چه تکامل یافته PCI محسوب می شود، ولی در واقع یک رابط کاملاً جدید می باشد.

گذرگاه PCI Express

PCI Express چیست؟

PCI Express در واقع کوشش صنعت کامپیوتر برای یکپارچه کردن انواع مختلف گذرگاه های I/O و تبدیل آنها به یک استاندارد جهانی یکسان می باشد. بیش از ۱۰ سال است که PCI کاربردهای متنوعی را پوشش می دهد، در حالیکه خیلی از آنها هنگام طراحی خصوصیات PCI هرگز پیش بینی نشده بودند. پورت هایی از قبیل AGP، ATAو USB برای رفع محدودیت های PCI در انتقال داده ها با سرعت بیشتر بوجود آمدند. چیزهایی از قبیل انتقال های ویدئویی حجیم و کاربردهای بلادرنگ، هرگز در مشخصات PCI درنظر گرفته نشده بودند. PCI از یک ساختار موازی و Multi-Drop تشکیل شده که ریشه اصلی محدودیت آن می باشد. این محدودیت ها به گونه ای است که برای رسیدن به اندکی کارایی بالاتر، نیاز به هزینه هنگفتی می باشد.

همانند فناوری Hyper Transport شرکت AMD ، PCI Express هم یک ارتباط دو طرفه و سریال می باشد که داده ها را در قالب بسته ها ( (Packet مانند انتقال بسته های اطلاعاتی در ارتباطات اترنت ، منتقل می کند.

PCI Express یک گذرگاه داده موازی نیست که تمام داده ها را از طریق این گذر گاه با نرخ ثابت انتقال دهد، بلکه مجموعه ای از ارتباطات سریال نقطه به نقطه می باشد که به طور جداگانه پالس ساعت می گیرند و هر کدام از یک مسیر جداگانه استفاده می کنند و هر کدام شامل یک جفت از خطوط داده می باشند که داده ها را در هر دو جهت انتقال می دهند

ساختار PCI Express

گذرگاه PCI Express از چندین مسیر نقطه به نقطه از جنس مس تشکیل شده است که برای اتصال همه بخش هایی که نیاز به انتقال داده به گذرگاه قدیمی تر PCI دارند، استفاده می شود. برای انعطاف پذیری بیشتر آن، یک سوئیچ به معماری آن اضافه شده است.

کارکرد آن شبیه سوئیچ اترنت می باشد و مابین تجهیزات PCI Express متصل شده به مادربرد و سیستم I/O قرار می گیرد. این خصوصیت، تجهیزات جدید تر مثل کارت های شبکه گیگابیت را قادر می سازد که در صورت نیاز با یکدیگر مستقیماً ارتباط برقرار کنند. بدین ترتیب لازم نیست که داده ها از طریق چیپ ست به تجهیزات کناری منتقل شوند بلکه مستقیماً انتقال بین آن دو انجام می شود.

از موازی به سریال

تقریباً همه گذرگاه های PC از جمله ISA، EISA، MCA، VLB، PCI وAGP از ارتباطات موازی استفاده می‌کنند. این ارتباطات چندین بیت را همزمان منتقل می‌کنند، در حالیکه در ارتباطات سریال فقط یک بیت درهر لحظه منتقل می‌شود. این موضوع در ابتدا این مسئله را به ذهن می رساند که ارتباطات موازی سریع تر می‌باشد، چرا که تعداد بیت های منتقل شده در یک زمان بیشتر است و در نتیجه ارتباط سریع تر می شود.

اما در عوض ارتباطات موازی از مشکلاتی رنج می‌برند که آنها مانع از رسیدن به فرکانس های بالا می‌شوند. افزایش فرکانس باعث ایجاد دو مشکل مهم یعنی تداخل مغناطیسی مسیرها بر روی یکدیگر و تاخیر انتشار می‌شود. پیاده سازی گذرگاه سریال نسبت به موازی خیلی ساده تر می باشد چرا که فقط به دو سیم برای انتقال داده نیاز می باشد: یکی برای انتقال داده و دیگری سیم زمین. از طرفی در ارتباطات سریال می توان از فرکانس های خیلی بالاتر از حالت موازی استفاده کرد، چون در این نوع ارتباط، خبری از تا خیر انتشار و تداخل مغناطیسی نیست.

تفاوت عمده دیگر این دو روش این است که ارتباطات موازی معمولا یک طرفه ( half Duplex )می باشند و همان مسیرهایی که برای ارسال داده ها بکار می روند برای دریافت آنها هم استفاده می شوند، در حالیکه ارتباطات سریال معمولاً دو طرفه همزمان ( full Duplex )می باشند و از یک مسیر برای ارسال و مسیر دیگری برای دریافت استفاده می شود و هر کدام فقط نیاز به دو سیم دارند.

البته در فرکانس مساوی، ارتباطات موازی سریع تر می باشند ولی اگر فرکانس را زیاد کنیم، تا جایی که ارتباطات موازی نتوانند عمل کنند، آنگاه ارتباطات سریال ارزش خود را نشان می دهند و سرعت انتقال بیشتری خواهند داشت، چنانچه امروزه دو فناوری مهم یعنیSerial ATA و PCI Expressاز همین خصوصیت ارتباطات سریال استفاده می کنند.

معماری گذرگاه سریال پهنای باند بالاتری را برای هر پین نسبت به معماری گذرگاه موازی فراهم می آورد و در نتیجه خیلی راحتر به پهنای باند بالاتر می توان دست یافت.

کاهش هزینه

یکی از اهداف اصلی PCI Express رسیدن به یک طراحی ارزان قیمت بود که کارائی بالایی داشته باشد. به عبارت دیگر کارت های توسعه می توانند با تعداد پین های کمتر، ساده تر باشند و این به معنی کاهش هزینه می باشد. چنانچه امروزه مودم ها، ساده تر و ارزان تر می باشند.

حالت های عملیاتی

PCI Express یک گذرگاه سریال می باشد که به صورت دو طرفه همزمان عمل می کند. داده ها در این گذرگاه از طریق دو جفت سیم به نام lane (مسیر) انتقال داده می شوند. هر مسیر حداکثر دارای نرخ انتقال ۲۵۰MB/s در هر جهت می باشد که تقریباً دو برابر PCI می باشد. PCI Express می تواند با ترکیب چندین مسیر برای رسیدن به کارایی بالاتر ساخته شود. PCI Express ها با تعداد مسیرهای یک، ۲، ۴، ۸، ۱۶ و ۳۲ وجود دارند.