Arquitectura de placas

Transcripción

1 Arquitectura de placas

2 Organización de buses ESTRUCTURAS BÁSICAS DE INTERCONEXIÓN. Las unidades funcionales de una computadora se interconectan de acuerdo a una determinada organización. Estructuras más relevantes: Organización de bus específico para memoria y CPU. 1 Bus específico de interconexión. Toda la información que se quiera transferir entre memoria y cualquier periférico del sistema, necesariamente tiene que pasar por la CPU.

3 Estructura de bus único. 2 Todas las unidades se conectan a una estructura unibus. Su principal ventaja es su bajo coste y su alta flexibilidad para conectar periféricos. El gran inconveniente del unibus es que en toda transferencia de datos el elemento más lento es el que impone la velocidad de transmisión. En un instante dado solo puede transmitirse un bloque de información por el bus, lo que significa que solo una unidad puede tener el control del bus.

4 Estructura de bus único con controlador de E/S dedicado. 3 Buscando reducir la diferencia de velocidad existente entre el procesador y los diferentes periféricos del sistema, se ha diseñado un conjunto de controladores de E/S especializado destinados a gestionar las operaciones de transferencia de datos entre la CPU y el resto de dispositivos. Para iniciar una transferencia de E/S el controlador solicita a la CPU el control del bus. Cada controlador de E/S monitoriza la actuación de los distintos periféricos y su conexión con el bus del sistema. A esta conexión se la conoce como canal de E/S. Puede ocurrir que una orden de transferencia entre periféricos de dos canales distintos interfieran o colisionen.

5 Configuración con controlador de E/S dedicado y bus específico de E/S. 4 Para evitar el problema planteado en la anterior configuración, se recurre a una estructura con dos buses; el bus del sistema mas un bus específico de E/S. La mayoría de operaciones de E/S se hacen entre la memoria y un periférico, y viceversa. Pero, el control del bus principal lo sigue llevando el procesador, que permanecerá ocupado con transferencias masivas de información.

6 Estructura de bus con DMA y canal específico de E/S. 5 Para liberar al procesador de transferencias masivas de datos se han diseñado los controladores DMA. El controlador DMA (Direct Memory Access, acceso directo a memoria) es un procesador especializado que permite transferir bloques de datos entre la memoria y un periférico, liberando de esta gestión al procesador, que puede realizar otras tareas. Al igual que en diseños anteriores el proceso es inicializado por la CPU, quien posteriormente cede el control al DMA. Como podemos observar, una computadora suele disponer de más de un bus, jerarquizados en cuanto a las velocidades de los elementos que se conectan a cada uno de ellos.

7 North Bridge Chip set South Bridge Estructura de PC compatible con la concepción de IBM.

8 AGP ATA PCI

9 Vista general de la distribución de componentes sobre la placa base.

10 Arquitectura de placa basada en PENTIUM II/ISA/PCI/AGP LPT PS/2 PS/2 CONECTOR PARA MÓDEM CPU FAN CHASIS FAN 1 CHASIS FAN 2

11 Socket LGA 1156

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15 BUS AGP. (Puerto Avanzado de Gráficos): AGP 1X. 66Mhz transferencia de 264MB/s y 3,3V. AGP 2X. 133Mhz transferencia de 528MB/s y 3,3V. AGP 4X. 266Mhz transferencia de 1GB/s y 3,3 o 1,5V. AGP 8X. 533Mhz transferencia de 2GB/s y 0,7 o 1,5V. Dual Channel es una tecnología para memorias de ordenadores personales, que permite el incremento del rendimiento gracias al acceso simultáneo a dos módulos a la vez (haciéndolo sobre bloques de 128 bits, en lugar de los 64 bits de uno de ellos). Esto se consigue mediante la incorporación un segundo controlador de memoria integrado en el puente Norte del chipset.

16 En diferencia con el bus ISA, el bus PCI permite configuración dinámica de un dispositivo periférico. En el tiempo de arranque del sistema, las tarjetas PCI y la BIOS interactúan y negocian los recursos solicitados por la tarjeta PCI. Esto permite asignación de las IRQ y direcciones del puerto por medio de un proceso dinámico; muy diferente del bus ISA, donde las IRQ tienen que ser configuradas manualmente usando jumper externos. BUS PCI. Significa Componente Periférico Interconectado y se trata de un bus de comunicación de 32 bits que trabaja a 33Mhz, transfiriendo datos hacia y desde la memoria RAM a 133Mbits/s, una velocidad satisfactoria hasta para tarjetas gráficas 2D de tipo PCI. Gracias al bus PCI el procesador puede trabajar en otras funciones más complejas mientras este desarrolla manipulaciones de textura y cálculo de polígonos para gráficos. Las ranuras de esta arquitectura varían dependiendo de la especificación PCI, que puede ser de 32 y de 64 bits. Para el requerimiento eléctrico también existen tres tipos de especificación: PCI de 5 voltios para ordenadores de sobremesa, PCI de 3.3 voltios para computadoras portátiles y Universales que pueden servir para los dos sistemas anteriores.

17 Retrospectiva de arquitectura de buses. Arquitectura ISA - EISA

18 Slot de comunicación de 8 bits, arquitectura ISA. ISA de 16 bits.

19 Arquitectura VESA/ISA.

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21 Arquitectura PCI / ISA.

22 El bus PCI, Peripheral Component Interconnect (Interconexión de Componentes Periféricos). El PCI 1.0: 1992, primera versión del bus. Era solamente una especificación a nivel de componentes. 32bits a 16Mhz. El PCI 2.0: 1993, primera versión en establecer el estándar como slot para placa base. 32bits a 33Mhz. El PCI 2.1: 1995, 32bits a 66Mhz y 3,3 voltios. PCI fue inmediatamente usado para servidores, reemplazando a los buses MCA y EISA. PCI 2.2: funciona a 66 MHz (requiere 3,3 voltios en las señales), con índice de transferencia de 533MiB/s. PCI 2.3: permite el uso de 3,3 voltios y señalizador universal, pero no soporta los 5 voltios en las tarjetas. PCI 3.0: es el estándar final oficial del bus, sin soporte de 5 voltios. PCI-X: cambia el protocolo levemente y aumenta la transferencia de datos a 133 MHz (índice de transferencia máximo de 1014 MiB/s). PCI-X 2.0: especifica un ratio de 266 MHz (índice de transferencia máximo de 2035 MiB/s) y también de 533 MHz, expande el espacio de configuración a 4096 bytes, añade una variante de bus de 16 bits y utiliza señales de 1,5 voltios. Mini PCI es un nuevo formato de PCI 2.2 para utilizarlo internamente en las computadoras portátiles. BUS PCI Express Se trata de La última tecnología de esta arquitectura, y viene a sustituir a todas las especificaciones del bus PCI, así como al puerto AGP. Cuenta con gran velocidad de transferencia. PCI Express 1X con velocidad de 133Mhz para dispositivos como tarjetas de audio y TV. PCI Express 16X con velocidad de 2128Mhz para tarjetas gráficas.

23 RANURAS PCI EXPRESS Las ranuras PCIe (PCI-Express) nacen en 2004 como respuesta a la necesidad de un bus más rápido que los PCI o los AGP (para gráficas en este caso). Su empleo más conocido es precisamente éste, el de slot para tarjetas gráficas (en su variante PCIe x16), pero no es la única versión que hay de este puerto, que poco a poco se va imponiendo en el mercado, y que, sobre todo a partir de 2006, ha desbancado prácticamente al puerto AGP en tarjetas gráficas. Entre sus ventajas cuenta la de poder instalar dos tarjetas gráficas en paralelo (sistemas SLI o CrossFire) o la de poder utilizar memoria compartida (sistemas TurboCaché o HyperMemory), además de un mayor ancho de banda, mayor suministro de energía (hasta 150 watios).este tipo de ranuras no debemos confundirlas con las PCIX, ya que mientras que éstas son una extensión del estándar PCI, las PCIe tienen un desarrollo totalmente diferente. El bus de este puerto está estructurado como enlaces punto a punto, full-duplex, trabajando en serie. En PCIe 1.1 (el más común en la actualidad) cada enlace transporta 250 MB/s en cada dirección. PCIE 2.0 dobla esta tasa y PCIE 3.0 la dobla de nuevo. Cada slot de expansión lleva 1, 2, 4, 8, 16 o 32 enlaces de datos entre la placa base y las tarjetas conectadas. El número de enlaces se escribe con una x de prefijo (x1 para un enlace simple y x16 para una tarjeta con dieciséis enlaces PCIe x1 de 250MB/s. - PCIe x4: 1GB/s (250MB/s x 4) - PCIe x16: 4GB/s (250MB/s x 16)

24 Como podemos ver, las ranuras PCIe utilizadas para tarjetas gráficas (las x16) duplican (en su estándar actual, el 1.1) la velocidad de transmisión de los puertos AGP. Es precisamente este mayor ancho de banda y velocidad el que permite a las nuevas tarjetas gráficas PCIe utilizar memoria compartida, ya que la velocidad es la suficiente como para comunicarse con la RAM a una velocidad aceptable para este fin. Estas ranuras se diferencian también por su tamaño. En la imagen inferior podemos ver (de arriba abajo) un puerto PCIe x4, un puerto PCIe x16, un puerto PCIe x1 y otro puerto PCIe x16. En la parte inferior se observa un puerto PCI, lo que nos puede servir de dato para comparar sus tamaños. Cada vez son más habituales las tarjetas que utilizan este tipo de ranuras, no sólo tarjetas gráficas, sino de otro tipo, como tarjetas WiFi, PCiCard, etc. Dado que cada vez se instalan menos ranuras PCI en las placas base, existen adaptadores PCIe x1-pci, que facilitan la colocación de tarjetas PCI (eso sí, de perfil bajo) en equipos con pocas ranuras de éste tipo disponibles

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