Bài tiểu luận Phân tích kiến trúc PCI bus

Giới thiệu tổng quan bus1.1 Bus Bus là tập hợp các đường truyền kết nối dùng để kết nối qua lại giữa 3 thành phần chính CPU, Memory, I/O trong 1 hệ thống máy tính..  VESA Local Bus gọi

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TIỂU LUẬN MÔN: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH KIẾN TRÚC PCI BUS

Giáo viên: Ths Nguyễn Tuấn Tú

NHÓM 2 - KTPM3 - K11 - HAUI

Hà Nội - 2017

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TIỂU LUẬN MÔN: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH KIẾN TRÚC PCI BUS Giáo viên : Ths Nguyễn Tuấn Tú

Sinh viên thực hiện: Trần Viết Trưởng

Vũ Đình Luân Nguyễn Phú Luật Nguyễn Văn Thành

Đỗ Văn Dũng Lớp : ĐH KTPM3 – K11

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 Giới thiệu tổng quan bus 2

1.1 Bus 2

1.2 Phân loại bus 2

1.3 Mô hình hệ thống bus 2

Chương 2 Sự xuất hiện PCI bus 4

2.1 Khái niệm 5

2.2 Lịch sư phát triển của PCI 9

2.3 Các kiểu bus PCI 10

Chương 3 Các đặc tính, thông số PCI bus 12

3.1 Các thông số của PCI được sử dụng trong các máy tính cá nhân bình thường 12 3.2 Kích thước vật lí thẻ PCI 12

3.2.1 Đầy đủ kích thước thẻ 12

3.2.2 Thẻ MD1, MD2 13

3.2.3 Một nửa chiều dài mở rộng thẻ (de-facto tiêu chuẩn) 13

3.2.4 Hồ sơ thấp (một nửa chiều cao) thẻ 13

3.3 Thẻ điện áp và keying 14

3.4 Kết nối pinout 14

3.5 Mini PCI 15

3.5.1 Mini PCI 15

3.5.2 Các chi tiết kĩ thuật của MINI PCI 16

3.5.3 PC/104-Plus và PCI-104 17

3.5.4 Các vật lý các biến thể khác 18

3.6 Tín hiệu bus PCI 18

3.6.1 Thời gian tín hiệu 19

3.6.2 Trọng tài 19

3.6.3 Giai đoạn địa chỉ 20

3.6.4 Các giai đoạn dữ liệu 20

3.6.5 Kết thúc giao dịch 22

Chương 4 Một số cấu trúc Bus và một số chuẩn Bus mở rộng 22

4.1 Bus PC/XT 22

4.2 Bus EISA (Extended ISA) 22

4.3 Bus MCA (Micro Channel Architecture) 23

4.4 Bus PCI (Peripheral Component Interconnect) 23

4.4 Bus VL (VESA local Bus) 23

4.5 Bus FireWire 23

KẾT LUẬN 24

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình học tập tại trường, chúng em đã được học hỏi và tiếpthu nhiều kiến thức chuyên ngành nhằm nâng cao vốn hiểu biết và là hànhtrang quí báu giúp chúng em vững bước vào đời Chúng em xin gửi lời cảm

ơn chân thành đến quý thầy cô đã giảng dạy chúng em trong suốt thời gianqua, khoa Công Nghệ Thông Tin cũng như tất cả quý thầy cô trong trườngĐại học Công Nghiệp Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn thầyNguyễn Tuấn Tú - người đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt thờigian thực hiện đề tài này

Tuy nhiên, dù rất cố gắng nhưng do thời gian có hạn nên chắc rằng bàitiểu luận của chúng em khó tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mongnhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn đểbài tiểu luận của chúng em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, 10/2017

Nhóm sinh viên thực hiện!

Chương 1 Giới thiệu tổng quan bus

1.1 Bus

Bus là tập hợp các đường truyền kết nối dùng để kết nối qua lại giữa

3 thành phần chính (CPU, Memory, I/O) trong 1 hệ thống máy tính

Hình 1.1 Vị trí của PCI bus trong hệ thống máy tính

1.2 Phân loại bus

Bus địa chỉ: thực hiện vận chuyển địa chỉ từ CPU đến modun nhớ.Bus dữ liệu: thực hiện vận chuyển lệnh từ bộ nhớ tới cpu và vậnchuyển dữ liệu tới các thành phần thiết bị

Bus điều khiển: vận chuyển các tín hiệu điều khiển: đọc, ghi…

I/O Bus (bus ngoại vi) - nối kết thiết bị ngoại vi với bộ xử lý thông quacầu chipset

Trong hơn một thập kỷ qua, bus hệ thống được đặt cho khá nhiều tên mớinhư bus chính (main bus), bus bộ xử lý (processor bus) hoặc bus cục bộ(local bus) Tương tự, bus ngoại vi (I/O bus) cũng có thêm tên mới là bus

mở rộng (expansion bus), bus ngoại vi (external bus) và bus chủ (hostbus)

 Mô hình hệ thống máy tính Von Neumann

Hình 1.2 Hệ thống máy tính Von Neumann với PCI bus

Các thiết bị giao tiếp với nhau qua từng đường truyền riêng lẽ  tốn quánhiều đường bus

 Mô hình hệ thống máy tính ngày nay

Hình 1.3 PCI bus trong hệ thống máy tính ngày nay

 Dùng chung 1 bus  tiết kiệm đường truyền

 Cần bộ phân xử bus (bus arbiter)

Chương 2 Sự xuất hiện PCI bus

PCI (Peripheral Component Interconnect) ngay lập tức được đưavào sử dụng trong các máy chủ, thay thế MCA , EISA là bus mở rộng máychủ của sự lựa chọn Trong máy tính chủ đạo, PCI là chậm hơn để thaythế VESA Local Bus (VLB), và không được thâm nhập thị trường đáng kểcho đến khi cuối năm 1994 trong máy tính Pentium thế hệ thứ hai Tới năm

1996, VLB là tất cả nhưng đã tuyệt chủng, và các nhà sản xuất đã đượcthông qua PCI ngay cả đối với 486máy tính [3] EISA tiếp tục được sử dụngcùng với PCI đến năm 2000, Apple Computer đã thông qua PCI cho máytính Macintosh chuyên nghiệp điện (thay thế NuBus ) vào giữa năm 1995,

và tiêu dùng Performa dòng sản phẩm (thay thế LC PDS ) vào giữa-1996

 VESA Local Bus (gọi tắt là VL-bus hoặc VLB)

Khuyết điểm:

 Chỉ thích nghi với dòng 8048

 Khe cắm rất giới hạn (1 hoặc 2 khe)

 Độ tin cậy thấp

 Rất khó lắp hoặc tháo các card giao tiếp VLB

Hình 2.1 PCI bus trên bảng mạch điện tử

2.1 Khái niệm

Thông thường PCI (PCI là một initialism hình thành từ Peripheral Component Interconnect, [1] một phần của tiêu chuẩn PCI Local Bus và thường được rút ngắn để PCI) là một bus máy tính để gắn các thiết bị phần

cứng trong một máy tính Các thiết bị này có thể mất một trong hai hìnhthức của một mạch tích hợp được gắn vào bo mạch chủ chính nó, được gọi

là một thiết bị phẳng trong các đặc điểm kỹ thuật PCI, hoặc một thẻ mở

rộng phù hợp với khe cắm thẻ nhớ Bus PCI địa chỉ lần đầu tiên được thựchiện trong IBM PC compatibles , nơi mà nó thay sự kết hợp của ISA cộngvới mộtVESA Local Bus là cấu hình bus Nó sau đó được áp dụng cho cácloại máy tính khác PCI được được thay thế bởi PCI-X và PCI Express ,nhưng như năm 2011 , hầu hết các bo mạch chủ được thực hiện với mộthoặc nhiều khe cắm PCI, là đủ cho nhiều công dụng.

Hình 2.2 Khe PCI trên main

Hình 2.3 Bảng mạch với các khe cắm PCI

Hình 2.4 Khe PCI với 2 màu xanh và trắng

Hình 2.5 Hệ thống PCI

Hình 2.6 Bo mạch chủ với 9 khe cắm PCI

2.2 Lịch sư phát triển của PCI

PCI được Intel phát triển để thay thế các bus cổ điển ISA và EISA vàonhững năm 1992 Sự phát triển của bus PCI đã thay đổi qua nhiều phiên bản,

có thể kể đến như sau:

 PCI phiên bản 1.0: ra đời vào năm 1992 bao gồm hai loại: loại chuẩn(32 bit) và loại đặc biệt (64 bit)

 PCI phiên bản 2.0: ra đời năm 1993

 PCI phiên bản 2.1: ra đời năm 1995

 PCI phiên bản 2.2: ra đời tháng 1 năm 1999

 PCI-X 1.0 ra đời tháng 9 năm 1999

 mini-PCI ra đời tháng 11 năm

 PCI phiên bản 2.3 ra đời tháng 3 năm 2002

 PCI-X phiên bản 2.0 ra đời tháng 7 năm 2002

 PCI Express phiên bản 1.0 ra đời tháng 7 năm 2002 và ít lâu sau là 1.1

 PCI Express phiên bản 2.0 ra đời 15 tháng 1 năm 2007

 PCI Express phiên bản 3.0 sẽ ra mắt khoảng năm 2010

2.3 Các kiểu bus PCI

PCI với bus 33,33 Mhz, độ rộng 32 bit là bus PCI thông dụng nhất chođến thời điểm năm 2007 dùng cho các bo mạch mở rộng (bo mạch âm thanh,

bo mạch mạng, bo mạch modem gắn trong Tuy nhiên có một số bus PCIkhác như sau:

 PCI 66 Mhz: Độ rộng bus: 32 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệu chuyểntrong một xung nhịp: 1; Băng thông: 266 Mbps

 PCI 64 bit: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 33 Mhz; Dữ liệu chuyểntrong một xung nhịp: 1; Băng thông: 266 Mbps

 PCI 64 Mhz/66 bit: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệuchuyển trong một xung nhịp: 1; Băng thông: 533 Mbps

 PCI-X 64: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 66 Mhz; Dữ liệu chuyểntrong một xung nhịp: 1; Băng thông: 533 Mbps

 PCI-X 133: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyểntrong một xung nhịp: 1; Băng thông: 1066 Mbps

 PCI-X 266: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyểntrong một xung nhịp: 2; Băng thông: 2132 Mbps

 PCI-X 533: Độ rộng bus: 64 bit; Tốc độ bus: 133 Mhz; Dữ liệu chuyểntrong một xung nhịp: 4; Băng thông: 4266 Mbps

Những bus PCI 66 Mhz hoặc 64 bit theo liệt kê trên không thông dụngtrong các máy tính cá nhân, chúng thường chỉ xuất hiện trên các máy chủhoặc máy trạm

Chương 3 Các đặc tính, thông số PCI bus

3.1 Các thông số của PCI được sử dụng trong các máy tính cá nhân bình thường

Các đặc tả này đại diện cho phiên bản phổ biến nhất của PCI được sửdụng trong các máy tính thông thường:

 Đồng hồ 33.33 MHz với chuyển đồng bộ

 Tốc độ truyền tối đa là 133 MB / s (133 megabyte / giây) cho chiềurộng xe buýt 32-bit (33,33 MHz × 32 bit ÷ 8 bit / byte = 133 MB / s)

 Chiều rộng bus 32 bit

 Không gian địa chỉ bộ nhớ 32 hoặc 64 bit (4 gigabyte hoặc

16 exabyte )

 Không gian cổng I / O 32-bit

 256- byte (trên một thiết bị) không gian cấu hình

 Tín hiệu 5 volt

 Chuyển đổi sóng phản xạ

Đặc tả PCI cũng cung cấp các tùy chọn cho tín hiệu 3.3 V, chiều rộng bus 64bit và đồng hồ 66 MHz, nhưng thường không gặp sự hỗ trợ PCI-X trên bomạch chủ của máy chủ

Bộ chỉ thị bus PCI thực hiện trọng tài bus giữa nhiều thạc sỹ trên busPCI Bất kỳ một số thạc sỹ bus nào cũng có thể nằm trên bus PCI, cũng nhưyêu cầu cho xe buýt Một cặp tín hiệu yêu cầu và cấp được dành riêng chomỗi chủ xe buýt

3.2 Kích thước vật lí thẻ PCI

Chiều rộng tối đa của một thẻ PCI là 15.24 mm (0.6 inch) Hai chiều caokhung được xác định, được gọi là chiều cao đầy đủ và thấp Khung hoặc tấmlót là phần gắn chặt vào lồng thẻ để ổn định thẻ Nó cũng thường chứa các kếtnối bên ngoài, do đó, nó gắn vào một cửa sổ trong trường hợp máy tính để bất

kỳ kết nối có thể truy cập từ bên ngoài Mặt sau thường được gắn cố định vàotrường hợp bằng ốc vít 6 - 32 hoặc M3, hoặc với một ngăn cố định riêng biệt

là một phần của vụ án

Đối với mỗi chiều cao khung, hai chiều dài khác nhau đã được chỉ định chotổng số bốn chiều dài, được gọi là chiều dài đầy đủ và nửa chiều cho thẻchiều cao đầy đủ, và MD1 và MD2 cho các thẻ thấp

3.2.1 Đầy đủ kích thước thẻ

Các thẻ chiều cao đầy đủ ban đầu được xác định bởi chiều cao khung là

120 mm (4,7 inch) Chiều cao của một thẻ chiều cao đầy đủ chính nó là trêndanh nghĩa 107 mm (4,2 inch) Chiều cao bao gồm đầu nối cạnh thẻ

Hai chiều dài đã được định nghĩa cho thẻ chiều cao đầy đủ, được gọi là chiềudài đầy đủ và nửa chiều dài

Thẻ PCI chiều cao đầy đủ chiều dài ban đầu được xác định là chiều dài

312 mm và chiều cao 107 mm (4,2 inch) Tuy nhiên, hầu hết các thẻ PCI hiệnđại đều có kích thước từ một nửa chiều dài hoặc nhỏ hơn (xem bên dưới) vànhiều trường hợp máy tính hiện đại không thể chấp nhận được độ dài của mộtthẻ kích thước đầy đủ Lưu ý, chiều dài này là chiều dài của bảng mạch in; nókhông bao gồm chân ngắn góc của khung kim loại (có ảnh hưởng đến kíchthước bao bì) Một số sản phẩm PCI có công suất cao có hệ thống làm máthoạt động mở rộng vượt quá kích thước danh nghĩa Tương tự như vậy, một

số có thể chiếm nhiều hơn một không gian khe: chúng được gọi là thẻ rộnggấp đôi hoặc gấp ba

3.2.2 Thẻ MD1, MD2

MD1 định nghĩa độ dài thẻ PCI 32-bit ngắn nhất, 119,91 mm và chiềucao tối đa là 64,42 mm

MD2 xác định chiều dài tối đa của một card PCI thấp profile là 167,64

mm và chiều cao tối đa là 64,44 mm Bất kỳ thẻ PCI có cấu hình thấp nào dàihơn chiều dài MD1 được coi là thẻ MD2 Đây là yếu tố hình thức thẻ thấpnhất phổ biến nhất

Bên cạnh PCI thông thường, nhiều loại thẻ PCI Express cũng được mô

tả là yếu tố dạng MD2 thấp

3.2.3 Một nửa chiều dài mở rộng thẻ (de-facto tiêu chuẩn)

Thẻ chiều cao nửa chiều dài nửa chiều có chiều dài lên tới 175,26 mm(6,9 inch) và chiều cao lên đến 107 mm (4,2 inch) Kích thước thực tế củanhiều thẻ được mô tả dưới dạng chiều cao một nửa chiều dài thấp hơn nhữnggiá trị tối đa này và chúng vẫn sẽ phù hợp với bất kỳ khe PCI PCI đủ tiêuchuẩn nào miễn là chúng sử dụng khung giá đủ chiều cao

Đây thực sự là chuẩn thực tế (trên thực tế) hiện nay - đa số các thẻ PCI hiện

đại nằm trong phong bì này

3.2.4 Hồ sơ thấp (một nửa chiều cao) thẻ

Thẻ PCI thấp (còn được gọi là thẻ LPPCI hoặc nửa chiều cao) được xácđịnh bởi một khung giảm chiều cao xuống 79,2 mm (3,118 inch) Các đặcđiểm kỹ thuật thấp hồ sơ giả định một khe PCI 3.3 volt Vít giữ cũng đã được

di chuyển gần 1.35mm gấp trong khung

PCI-SIG đã xác định hai chiều dài tiêu chuẩn cho các thẻ thấp.

3.3 Thẻ điện áp và keying

Các loại thẻ PCI điển hình có một hoặc hai bậc phím, tùy thuộc vào điện

áp báo hiệu của chúng Các loại thẻ yêu cầu 3,3 volts có một khay 56,21 mm

từ phía sau của thẻ; những người cần 5 volts có một notch 104.47 mm từ tấmlót "Phổ thẻ" chấp nhận một trong hai điện áp có cả hai chốt chính Điều nàycho phép thẻ chỉ được lắp vào khe với điện áp mà chúng hỗ trợ

3.4 Kết nối pinout

Đầu nối PCI được định nghĩa là có 62 đầu mối trên mỗi cạnh của đầu nốicạnh , nhưng hai hoặc bốn trong số chúng được thay thế bằng các đường nétthen chốt, do đó, một thẻ có 60 hoặc 58 địa chỉ liên lạc ở mỗi bên Pin 1 gầnnhất với mặt sau B và A bên như sau, nhìn xuống các kết nối bo mạch chủ Hầu hết các đường dây được nối với mỗi khe song song Các trường hợpngoại lệ là:

 Mỗi khe có đầu ra REQ # riêng của nó đến, và GNT # đầu vào từ trọngtài bo mạch chủ

 Mỗi khe có dòng IDSEL riêng, thường kết nối với một đường AD cụthể

 TDO được nối liền với TDI của khe tiếp theo Thẻ không có hỗtrợ JTAG phải kết nối TDI với TDO để không phá vỡ dây chuyền

 PRSNT1 # và PRSNT2 # cho mỗi khe có điện trở kéo lên trên bo mạchchủ Bo mạch chủ có thể (nhưng không phải) cảm nhận những chânnày để xác định sự hiện diện của thẻ PCI và yêu cầu về điện năng củahọ

 REQ64 # và ACK64 # được kéo riêng trên các khe cắm chỉ 32-bit

 Các đường ngắt INTA # thông qua INTD # được kết nối với tất cả cáckhe trong các đơn đặt hàng khác nhau (INTA # trên một khe là INTB

# trong lần tiếp theo và INTC # sau đó.)

Ghi chú:

 IOPWR là +3,3 V hoặc +5 V, tùy thuộc vào bảng nối đất Các khe cắmcũng có một dải đứng ở một trong hai nơi ngăn ngừa việc chèn các thẻkhông có trọng điểm tương ứng, chỉ ra sự hỗ trợ cho tiêu chuẩn điện áp

đó Các thẻ phổ dụng có cả hai chốt và sử dụng IOPWR để xác địnhmức tín hiệu I / O của chúng

 PCI SIG khuyến khích việc truyền tín hiệu 3.3 V, đòi hỏi sự hỗ trợ cho

nó từ khi sửa đổi tiêu chuẩn 2.3, nhưng hầu hết các bo mạch chủ PC sửdụng phiên bản 5 V Vì vậy, trong khi nhiều card PCI hiện có hỗ trợ cảhai, và có hai mức chính để chỉ ra rằng, vẫn còn một số lượng lớn cácthẻ 5 V chỉ có trên thị trường

 Chân M66EN là một mặt đất bổ sung trên các xe buýt PCI 5 V đượctìm thấy trong hầu hết các bo mạch chủ PC Các bo mạch chủ và bomạch chủ không hỗ trợ hoạt động ở tần số 66 MHz cũng đã được đặttrên chân này Nếu tất cả các người tham gia hỗ trợ hoạt động 66 MHz,một điện trở kéo lên trên bo mạch chủ tăng tín hiệu này cao và hoạtđộng 66 MHz được kích hoạt Pin vẫn được kết nối với mặt đất thôngqua các tụ nối trên mỗi thẻ để bảo vệ chức năng che chắn AC của nó

 Pin PCIXCAP là một mặt đất bổ sung trên các xe buýt và thẻ PCIthông thường Nếu tất cả các thẻ và bo mạch chủ đều hỗ trợ giaothức PCI-X , điện trở kéo lên trên bo mạch chủ tăng tín hiệu này vàhoạt động PCI-X được kích hoạt Pin vẫn được kết nối với mặt đấtthông qua các tụ nối trên mỗi thẻ để bảo vệ chức năng che chắn AC củanó

 Ít nhất một trong số PRSNT1 # và PRSNT2 # phải được căn cứ vàothẻ Sự kết hợp đã chọn cho biết yêu cầu về sức mạnh tổng thể của thẻ(25 W, 15 W, hoặc 7.5 W)

 SBO # và SDONE là các tín hiệu từ bộ điều khiển bộ nhớ cache đếnđích hiện tại Chúng không phải là các đầu ra của trình khởi tạo, nhưngchúng được tô màu theo cách đó vì chúng là đầu vào mục tiêu

 PME # (19A) - Sự kiện quản lý điện năng (tùy chọn) được hỗ trợtrong phiên bản PCI 2.2 trở lên Đó là một 3.3 V, cống mở , tín hiệuthấp hoạt động Thẻ PCI có thể sử dụng tín hiệu này để gửi và nhậnPME qua ổ cắm PCI trực tiếp, loại bỏ sự cần thiết phải có mộtcáp Wake-on-LAN đặc biệt

3.5 Mini PCI

3.5.1 Mini PCI

Mini PCI đã được bổ sung vào phiên bản PCI 2.2 để sử dụng

trong máy tính xách tay nó sử dụng bus 32-bit, 33 MHz với các kết nối(3.3 V, 5 V được giới hạn đến 100 mA) và hỗ trợ cho việc quản lý