Struni rad 1.

Anela Zlaji

SADRAJ

1. SADRAJ.1 2. UVOD...2 3. MAGISTRALE RAUNARA.3 3.1. ULOGA I ZNAAJ.......3 3.2. Prva generacija.......5 3.3. Druga generacija........6 3.4. Trea generacija.........8

VRSTE I KARAKTERISTIKE MAGISTRALA....11 ISA...........11 MCA........12 4.1. VLB.....12 4.2. PCI revolucija..12 4.3. AGP 13 4.4. USB.14 4.5. SCSI.15 ZAKLJUAK......16 LITERATURA.174.

-1-

Struni rad

Anela Zlaji

2.

UVOD

Danas ubrzanim razvojem raunarske tehnologije, dolazi svakodnevno do pojave noviteta kod hardverskih komponenti. Tako i kod magistrala, kao I poveanjem brzine prenosa. Magistrale su ine, elektrine putanje kojim se signali alju od jednog do drugog dijela raunara. U desktop raunaru, CPU i memorijski ipovi su povezani na matinu plou zajedno sa drugim kljunim komponentama. Transport informacija izmeu komponenti vri se kroz snop bakarnih inih provodnika koji se nazivaju magistrale (buses). Na matinoj ploi raunara informacije se prenose izmeu pojedinih komponenti preko skupa inih veza koje se zovu sistemska mgistrala (system buses, ili samo buses) Magistrale tipino imaju 8, 16, 32 ili 64 ina provodnika ili puta podataka. Osnovna podjela magistrala je na: zajednike, adresne, upravljaka i magistrale podatake. Istoriski razvoj magistrala je io generaciski pa tako imamo nekoliko generacija magistrala, I to: magistrale prve generacije, druge generacije i tree generacije.

3. MAGISTRALE RAUNARANa poetku da kazemo neto uopteno o magitralama.

-2-

Struni rad

Anela Zlaji

Magistrala je podsistem koji prenosi podatke ili napajanje izmeu komponenata unutar raunara ili izmeu raunara, kontrolisan softverom poznatim pod imenom drajver. Za razliku od taka- taka povezivanja, magistrala moe povezati nekoliko perifernih ureaja preko istog skupa ica. Svaka magistrala definie svo j skup veza prema ureajima. Kod starijih raunara magistrale su bile doslovno paralelne elektrine veze, ali danas se termin paralelna magistrala koristi za bilo koje ureenje koje obezbjeenje istu funkcionalnost kao paralelna magistrala. Moderni raunari mogu koristiti i paralelnu i serijsku vezu. 3.1. ULOGA I ZNAAJ

Magistrale (sabirnice) su ine, elektrine putanje kojim se signali alju od jednog do drugog dijela raunara. U desktop raunaru, CPU i memorijski ipovi su povezani na matinu plou zajedno sa drugim kljunim komponentama. Transport informacija izmeu komponenti vri se kroz snop bakarnih inih provodnika koji se nazivaju magistrale (buses). Na matinoj ploi raunara informacije se prenose izmeu pojedinih komponenti preko skupa inih veza koje se zovu sistemska mgistrala (system buses, ili samo buses), (Slika 1).

Slika 1 Magistrale na matinoj ploi raunara Magistrale tipino imaju 8, 16, 32 ili 64 ina provodnika ili puta podataka; magistrala sa npr., 16 provodnika naziva se 16bitna magistrala, zato to moe prenijeti 16 bita informacija u jednom trenutku, ili dva puta vie od 8bitne magistrale. Noviji, moniji raunari imaju ire magistrale i mogu bre procesirati informacije. Uobiajeni tipovi magistrala su: ISA 8 ili 16 bita, PCI 32 ili 64

-3-

Struni rad

Anela Zlaji

bita, MCA 32 bita, VESA 32 bita, AGP do 64 bita, ATA 8 ili 16 bita, SCSI 8 ili 16 bita, Paralelni 16 bita. Magistrale su povezane sa ureajima za skladitenje preko otvorenih kuita za HD i druge periferne ureaje, kao i preko ekspanzionih slotova (ili samo slotova) u kuitu raunara. Korisnik moe kastomizovati raunar ugradnjom elektronskih kola za specijalne namjene, tzv., kartica ili ekspanzionih kartica u ove slotove, koji se uobiajeno nazivaju PCI slotovi. Magistrale su takoe povezane na spoljne portove utinice (sockets) na zadnjoj strani kuita raunara. Neki od ovih portova kao to su za tastaturu i mia direktno su povezani na matinu plou. Drugi, kao monitorski port, generalno su spojeni na ekspanzionu karticu (video ili zvunu, na primer). Slotovi i portovi olakavaju i omoguavaju jednostavno povezivanje spoljanjih ureaja periferijskih jedinica ili periferija (Slika 2).

Slika 2. Povezivanje ekspanzione kartice u raunaru Macintosh raunari imaju manje ekspanzionih kartica od PC raunara, zato to matina ploa sadri vie integrisanih komponenti kao standardna oprema. Tipini adapteri kartice, ili interfejsi za periferijske ureaje personalnog raunarskog sistema su za: zvunu karticu, zvunike, slualice, mikrifon, printer, skener, web kameru, doistik, tastaturu i mia. U prenosnim raunarima, gde je veliina kritina, veina uobiajenih portova direktno je povezano na matinu plou, a mnogi imaju slotove za PC kartice, veliine kreditne kartice, poto nemaju prostora

-4-

Struni rad

Anela Zlaji

za ekspanzione kartice. Ove PC kartice mogu da sadre memoriju, minijaturne periferije i dodatne portove. Osnovna podjela magistrala je na: zajednike ,adresne, upravljaka i magistrale podataka. Istoriski razvoj magistrala je io generaciski pa tako imamo nekoliko generacija magistrala: 3.2. Prva generacija

Kod starijih raunara magistrale su bile gomila ica povezanih sa memorijom i perifernim ureajima. Skoro uvek je postojala jedna magistrala za memoriju i jedna za periferne ureaje i njima se pristupalo pomou posebnih instrukcija, drugaijeg tajminga i protokola. Prva komplikacija ovakve realizacije je bila obrada prekida. Da bi se izvrila ulazno- izlazna operacija program je morao da eka da periferija postane spremna. Ovo je bilo oigledno gubljenje vremena za programe koji izvravaju druge poslove. Takoe, ukoliko program pokua da nastavi te druge poslove, moda e mu trebati mnogo vie vremena da ponovo proveri da li je ureaj spreman i moe rezultirati gubljenjem podataka. Zato su projektanti omoguili da periferija prekida procesor. Ti prekidi su morali da budu poreani po prioritetima zato to procesor moe da obrauje samo jedan prekid u datom vremenu, a neki ureaji su vie zavisni od vremena od drugih. Kasnije su raunari poeli da dijele memoriju izmeu nekoliko procesora. Na njima je takoe pristup magistrali trebao da bude organizovan. Klasian, prost nain organizacije prekida je ulanavanje. DEC (Digital Equipment Corporation) je zakljuio da je postojanje dijve magistrale suvino i skupo za masovnu proizvodnju malih raunara i pridruio perifernu magistralu memorijskoj. Tako su periferije postale memorijske lokacije. U to vrijeme ovo je bio vrlo hrabar potez. Kod mikroraunara sistem magistrala bio je pasivna ploa povezana sa pinovima procesora. Memorija i ostali ureaji su dodavani na ovu plou i koristili iste adresne i data pinove kao I sam procesor. U nekim sluajevima (npr.personalni racunar) instrukcije jo uvijek generiu signale koji mogu biti iskorieni za implementaciju stvarne ulazno-izlane magistrale. U mnogim mikrokontrolerima i danas ne postoji ulazno-izlazna magistrala.-5-

Struni rad

Anela Zlaji

Komunikacija je kontrolisana od strane procesora, koji ita i pie podatk e sa ureaja kao da su oni memorijski blokovi u ciklusima koje generie takt procesora. Ureaji trae opsluivanje signalizirajui na druge pinove procesora, obino koriene za neke oblike prekida. Na primjer, disk kontroler signalizira procesoru da su novi podaci spremni za itanje, i u tom trenutku procesor e da pomjeri podatke tako to e da proita memoriju koja odgovara tom disku. Skoro svi raunari tog doba su radili na ovom principu, poevi od -100 magistrale (IEEE-696), koja je bila sastavni dio Altair 8800 (1975) i nastavljajui se kroz IBM PCu osamdesetim godinama 20. vijeka. Ovi prosti sistemi magistrala su imali ozbiljnu manu. Sva periferija je morala da radi na istoj brzini i dijeli isti takt. Poveavanje brzine procesora nije bila prosta stvar, zato to se samim tim poveava i brzinu svih ostalih ureaja. Ovo esto vodi u nezgodnu situaciju gdje vrlo brz procesor mora da se uspori da bi mogao da komunicira sa ostalim ureajima. Iako prihvatljiv za raunare specijalne namjene, ovaj problem nije dugo tolerisan za personalne raunare. Drugi problem je to je procesor potreban sa sve operacije, tako da ako je on zauzet drugim zadacima, prava propustljivost (brzina) magistrale se smanjuje dramatino. Ovakvi sistemi magistrala su teki za podeavanje kada su sastavljeni od opreme dostupne u radnjama. Primjera radi, svaki dodati ureaj zahtijeva mnogo dampera da bi se postavile memorijske adrese, ulazno-izlazne adrese, prioriteti i broj prekida.

3.3.

Druga generacija

Druga generacija magistrala, kao Nu magistrala (NuBus), rjeava neke od ovih problema. Ona je podijelila raunar na dva "svijeta", procesor i memoriju na jednu stranu i razne ureaje na drugu, sa kontrolerom izmeu njih. Ovo je omoguilo da procesor povea brzinu bez uticaja na magistralu. Takoe, drastino je smanjena potreba za korienje procesora prilikom pomjeranja podataka, tako da su sada ureaji mogli da komuniciraju meusobno bez ometanja procesora. Ovo vodi do boljih performansi sistema, ali zahtijeva od perifernih ureaja da budu vie kompleksni. Problem brzine esto se rjeava proirivanjem magistrale, pomerajui se sa 8-bitne paralelne magistrale u prvoj generaciji na 16-bitne ili 32-bitne u

-6-

Struni rad

Anela Zlaji

drugoj, isto kao I dodavanjem softverskih paketa (poznatih kao Plug-n-Play) da podre ili zamijene dampere. Meutim, ovaj noviji sistem je naslijedio neke osobine od svojih ranijh roaka. Zapravo svi ureaji na magistrali su morali da komuniciraju na istoj brzini. Poto je procesor bio izlovan, bio je u mogunosti da povea brzinu zajedno sa memorijom, ali to poveanje je bilo bre nego poveanje brzine magistrale sa kojom su komunicirali. Rezultat je mnogo manja brzina magistrale nego to moderni sistemi zahtijevaju, i procesor je postao "gladan" za podacima. Praktino, est sluaj ovog problema su grafike kartice. One nadmauju ak i nove PCI sisteme pa su stoga raunari poeli da sadre AGP sisteme samo da bi njih obsluivali. Do 2004. AGP je nadjaan modernim grafikim karticama i poeo se zamjenjivati novim PCI Express sistemima. .

Slika 3. Poveanje broja perifernih ureaja dovelo je do upotrebe njihovih sopstvenih magistrala. Kada su disk drajvovi prvi put predstavljeni, oni su dodavani raunaru preko kartica konektovanih na magistralu, pa zato raunari imaju toliko mnogo slotova na magistrali. Meutim, kroz 1980e i 1990e, novi sistemi kao SCSI i IDE su predstavljeni kao rjeenje ovog problema, ostavljajui mnoge slotove praznim. U dananje vrijeme na tipinom raunaru postoje oko pet razliitih magistrala koje podravaju mnoge ureaje. Raslojavanje je zatim postalo popularno. Koncept lokalna magistrala je postao suprotan od koncepta spoljana magistrala. Ranije razmatran kao sistem magistrala dizajniran za korienje od strane-7-

Struni rad

Anela Zlaji

unutranjih ureaja (npr grafika kartica), a kasnije kao magistrala dizajnirana za dodavanje eksternih ureaja (npr. skener). Treba dodati da lokalna znai veu blizinu procesoru od ISA magistrale. IDE je eksterna magistrala, iako se skoro uvijek nalazi unutar raunara.3.4.

Trea generacija

Trea generacija magistrala tek dolazi na trite i ukljuuje Hyper Transport i InfiniBand magistrale. One sadre osobine koje im omoguuju da rade na vrlo visokim brzinama da bi podrale memoriju i grafike kartice, ali takoe podravaju sporije brzine za komunikaciju sa sporim ureajima kao to su diskovi. Takoe tee da budu veoma fleksibilne u smislu fizikih povezivanja, omoguavajui da budu koriene kao unutranje magistrale, k kao i za meusobno povezivanje razliitih raunara. Ovo vodi ka sloenom problemu u sluaju obsluivanja razliitih zahtjeva, tako da se pristupa softverskom rjeavanju problema. Generalno, trea generacija magistrala tei da lii vie na mreu nego na originalnu zamisao magistrale, sa razvijenijim protokolom nego dananji sistemi, dok omoguuju da vie ureaja korisi istu magistralu odjednom. Ma koliko PCI magistrala bila brza i iroka, postojao je jedan zadatak koji je prijetio da utroi cio njen propusni opseg: prikazivanje grafike. Nekad davno, u doba ISA magistrale, monitori su bili pokretani pomou jednostavnih kartica adaptera za monohromni displej (Monochrome Display Adaptor - MDA) i grafike kolor matrice (Colour Graphics Array - CGA). Grafiki CGA displej mogao je da prikae etiri boje (dva bita podataka) pri rezoluciji ekrana od 320x200 piksela na 60 Hz, to je zahtijevalo 128000 bita podataka po ekranu, ili samo 937 Kbajta u sekundi. XGA slika sa 16bitnom dubinom boje zahtijeva 1,5 Mbajta podataka za svaku sliku i vertikalnu brzinu osvjeavanja od 75 Hz, to znai da je ta koliina podataka potrebna 75 puta svake sekunde. Zahvaljujui modernim grafikim adapterima, kroz magistralu za proirenje ne moraju svi ovi podaci da se prenose, ali trodimenzionalna (3D) tehnologija obrade slike je stvorila nove probleme. Trodimenzionalna (3D) grafika je omoguila da se modeluju kako fantastini, tako i realistini svetovi na ekranu, sa bezbrojnim detaljima. Preslikavanje teksture i skrivanje objekata zahtijeva ogromne koliine podataka, a grafiki adapter treba brzo da pristupa tim podacima, da bi se izbjeglo opadanje uestanosti kadrova i loe predstavljanje akcija. Poinjalo

-8-

Struni rad

Anela Zlaji

je da izgleda da najvei propusni opseg PCI magistrale od 132 Mbajta u sekundi nije na nivou zadatka. Intelovo rjeenje je bilo da razvije Ubrzani grafiki port (Accelerated Graphic Port - AGP) kao poseban konektor koji radi van procesorske magistrale. Skup ipova AGP djejstvuje kao posrednik izmedju procesora i ke memorije drugog nivoa, sistemske memorije, grafike kartice i PCI magistrale. To se naziva ubrzanje etvorostranog porta slika 4.

Slika 4. AGP radi na brzini procesorske magistrale, sada poznate kao eona magistrala. Na brzini generatora takta od 66 MHz, to je dvostruko vie od brzine generatora takta PCI magistrale i znai da podie maksimalnu osnovnu propusnu mo na 264 Mbajta u sekundi. Grafikim karticama, posebno konstruisanim za njegovu podrku, AGP dozvoljava da se podaci alju i za vrijeme uzlaznog i za vrijeme silaznog ciklusa generatora takta, udvostruavajui tako brzinu generatora takta na 133 MHz i vrni prenos na 528 Mbajta u sekundi. To se naziva X2. Da se pobolja duina vremena u kome AGP moe da odrava ovaj vrni prenos, magistrala podrava protonu obradu, to je jo jedno poboljanje u odnosu na PCI. Grafika kartica X2 sa protonom obradom e moi da odrava 80% od vrne propusne moi. AGP takodje podrava ekanje u redu do 32 komande, putem procesa koji se zove Adresiranje bonog opsega (Sideband Addressing - SBA), u kome se komande alju dok se podaci primaju. Prema-9-

Struni rad

Anela Zlaji

informacijama iz firme Intel, to dozvoljava magistrali da odrava vrnu performansu 95% od ukupnog vremena. AGP-ovo etvorostrano poboljanje performanse i priroda posveenosti grafikim primjenama osigurava da veliki prenosi podataka trodimenzionalne (3D) grafike ne usporavaju akciju na ekranu. Sa druge strane, ni prenosi grafikih podataka nee biti prekidani od strane drugih PCI uredjaja. U poetku namijenjen uglavnom da pojaa performanse trodimenzionalne grafike, AGP takodje obezbjedjuje druga poboljanja, posebno namijenjena ovoj funkciji. Pomou svoje poveane brzine pristupanja sistemskoj memoriji preko PCI magistrale, AGP moe da koristi sistemsku memoriju kao da se ona stvarno nalazi na grafikoj kartici. To se zove Direktno izvravanje memorije (Direct Memory Execute - DIME). Uredjaj nazvan Tabela za preslikavanje otvora za grafiku (Graphics Aperture Remapping Table - GART) upravlja adresama RAM memorije tako da one mogu da se dostavljaju u manjim skupovima, radije nego da se zauzmu jedno veliko podruje, i predstavljaju DIME grafikoj kartici kao da su iz dijela memorije ugradjene na samoj kartici. Glavna primjena DIME koncepta je da dozvoli upotrebu mnogo vie tekstura, jer grafika kartica na taj nain moe da ima mnogo vie memorijskog prostora za smetanje korienih bit mapa.

Kratak pregled interfejsa

4.

VRSTE I KARAKTERISTIKE MAGISTRALA- 10 -

Struni rad

Anela Zlaji

4.1.

ISA

Industry Standard Architecture, skraeno ISA je prvi opteprihvaeni standard na raunarima Slika 5, Startuje na 8Mhz, irine magistrale 8 bita Sve bitnije periferije su bile povezane na ovu magistralu tastatura, mi, grafika karta, IDE kontroler (jednograni). ISA standard je ubrzo dopunjen, slotovi su postali malo dui irina magistrale je iznosila 16 bita, dok je brzina porasla na 10MHz ISA standard je dopunjen 1988 zarad rada sa 32-binim periferijama i ovaj standard je nazvan EISA, ali nikad nije doivio veu popularnost Brzina je takoe bila 10MHz Jo uvijek spore periferije komuniciraju sa ipsetom ovim standardom (PS/2 mievi.)

Slika 5. 4.2. MCA- 11 -

Struni rad

Anela Zlaji

MCA ili Micro Channel Architecture (1987.) je magistrala koju je razvio IBM i koja se koristila na PS/2 raunarima, irina magistrale je 32 bita, a brzina 5-20Mhz, Interesantno je da su imale softversko podeavanje, a svaka periferija je imala jedinstven ID broj, Takoe je naputena zbog novije PCI magistrale, MCA je imala sve to i PCI 7 godina pre njega, Velika mana je bila loe izveden DMA menadment, Prednosti: PnP, Bus Mastering 4.3. VLB

VLB ili VESA Local Bus je premijeru doivio na 486 raunarima, 1992. Prednosti su bile to je radio na 33-40MHz, irirne magistrale 32 bita, Mane su bile to su kartice bile ogromne VLB se sastojao iz cijelog, ISA slota i jo jednog manjeg koji lii na PCI, Mogli ste imati maksimalno 2 VLB kartice, jer je VLB imao problema sa tajminzima, VLB se koristio kao standard za povezivanje brzih grafikih karti (Tseng ET4000, recimo), kao i za povezivanje 32bitnih IDE kontrolera koji su sada mogli biti dvograni, ISA je i dalje bila zaduena za zvune i mrene karte, Ne podrava PnP niti Bus Mastering, kao PCI, veliki problemi sa kontrolom. 4.4. PCI revolucija

Peripheral Component Interconnect Moderna magistrala koja se koristi u PC i Macintosh raunarima Slka 6, Brzina je fiksna i iznosi 33MHz, dok je irina magistrale 32 ili ak 64 bita (64bitna se ne koristi u standardnim PC platformama), PCI se koristi u veoj mjeri od 1993. godine, PCI je prvo korien na 486 raunarima i to verzije 1.0, dodue samo kao dopuna ipsetu, Na prvim Pentium procesorima je zaiveo PCI 2.1 (Pentium ipseti su prvi podravali ovaj standard), po kom se i dan danas prave mnoge kartice,- 12 -

Struni rad

Anela Zlaji

PCI je prvo bio rezervisan za grafike karte, dok je kasnije veina periferija prebaena na PCI kako bi se iskorenio ISA standard (modemi, zvune i mrene karte.)

Slika 6. 4.5.

AGP

AGP ili Accelerated Graphics Port Moderne igre i zahtijevne 3D aplikacije su zahtijevale mnogo bru komunikaciju grafike karte i sistemske memorije, jer su texture prelazile veliine skromne memorije na samoj graf. karti (tada 8-16MB) Slika 7. AGP je isto to i PCI samo malo bre (66MHz za AGP 1X) AGP je dopunjavan ve par puta i trenutno je u reviziji 3.0 (AGP 8X 66x8=528MHz) Postoji iskljuivo samo jedan port na ploama koje podravaju ovaj standard (veina ATX ploa)

- 13 -

Struni rad

Anela Zlaji

Polako ga izbacuje iz upotrebe moderni PEG (PCI-Express Graphics port), koji je trenutno ekvivalent AGP-u 16X

Slika 7. AGP (v1.0 i v2.0) 4.6. USB

Universal Serial Bus magistrala koja je trebalo da zamijeni veliki broj nestandardnih magistrala, kao i da objedini ve postojee paralelne i serijske interfejse u jedan univerzalni, Korijeni jo davne 1994. prva znaajnija revizija 1998. USB 1.1 Protok do 1.5MB/s, glavna namena sporije periferije, tampai, skeneri, mievi, dojstici... Najvie 127 ureaja po kontroleru, i svi zauzimaju samo jedan IRQ (Interrupt Request)! Prvi put mogunost hot-pluga, tj. ubacivanje ureaja u raunar bez prethodnog gaenja istog, Ureaji se prikljuuju direktno na raunar ili preko HUB-a (razdelnik) 2000. je dopunjen u verziju 2.0 koja je i danas jako aktuelna, Zbog raznih digitalnih kamera i skenera (koji operiu sa ogromnim fajlovima) bilo je potrebno znatno uveati brzinu magistrale Brzina je uveana i sada iznosi 480Mbit/sec = 60 MB/s

- 14 -

Struni rad

Anela Zlaji

4.7.

SCSI

Small Computer Interface System, ili SCSI (ita se skazi) omoguava da se pomou samo jednog kotrolera povee do 7 ili 15 ureaja, Malo u odnosu na USB, ali SCSI je 10 godina stariji standard, Ureaji se vezuju u seriju, U jednom trenutku mogua je komunikacija izmeu samo dva ureaja (hosta i periferije), Oduvijek bio skup, rezervisan za serverske raunare Imao je interne i externe prikljuke Interni hard diskovi, CD-Rezai. Externi skeneri, externi diskovi. Ve doivio par revizija, Wide-SCSI, UW-SCSI (Ultra Wide-2, Ultra Wide-3...) Brzinom zgazio IDE standard ve u poetku (dok je IDE radio na 16MB/s, SCSI je ve mogao 80MB/s) Standardno skupe periferije.

- 15 -

Struni rad

Anela Zlaji

5.

ZAKLJUAK

U prethodnom izloenom radu opisani su osnovni aspekti magistrale personalnog raunara, kao i uloga i znaaj samo hardvera magistrale. Osnovna podjela magistrala je na: zajednike ,adresne, upravljaka i magistrale podataka. Istoriski razvoj magistrala je io generaciski pa tako imamo nekoliko generacija magistrala. Generacije razvoja magistrala kao to je izloeno u radu naveli smo u tri geneacije, od pojave prvih magistrala, pa sve do danas prepoznatljive vrste magistrala sa velikom brzinom prenosa. U daljem radu date su vrste magistrala, kao i njihove karakteistike, razvoj, upotreba, brzina, prilagodljivost i s.l. Dati su ISA, MCA, VBA, PCI revolucija, AGP, USB, SCSI magistrale.

- 16 -

Struni rad

Anela Zlaji

6.

LITERATURA

1. (prof. Dr Milan Milosavljevi, prof. dr Mladen Veinovi, prof dr.

Gojko Grubor, Osnovi informatike, Univerzitet SINGIDUNUM BEOGRAD, 2009 (74 81)).

2. (prof dr Mile Stoev, Portovi i magistrale, Elektrotehniki Fakultet

NI, 2007 (4 36)).3. (Internet, google, www.tutoriali.org).

- 17 -